1. Тема 1. Хімічний зв’язок та взаємний вплив атомів в молекулах органічних сполук.
Тема 2. Кислотні та основні властивості органічних сполук. Класифікація органічних реакцій і реагентів.

2. Одне з головних питань – питання про хімічний зв’язок
Одне з головних питань – питання про хімічний зв’язок. Це питання було розв’язане тільки після відкриття електрону. На початку XX ст., коли були досягнуті успіхи в питанні будови електронних оболонок атомів, коли стало відомо, що властивості атомів визначаються переважно електронами останнього енергетичного рівня, питання про хімічний зв’язок набрало ваги. Розробка електронних уявлень в органічній хімії (Штарк, Коссель, Льюїс, Ленгмюр) приводить до виникнення “октетної теорії”, або “теорії електронних пар” ( р.) для практикування природи хімічного зв’язку. Автори звернули увагу на стабільність конфігурації з 8 електронів (інертні гази) і на те, що при утворенні зв’язку атоми намагаються утворити стійкий октет.
(формули Льюїса)

3. Електронна структура атома Карбону в органічних сполуках

4. Електронна структура атома Карбону в органічних сполуках
основний стан
збуджений стан

5. Гібридизація
Атомна орбіталь — це частина простору, в якій ймовірність знаходження електрона максимальна

6. Валентний стан атома Карбону Тип гібридизації і будова молекули
Гібридизація
Гібридні орбіталі і характер атомів Карбону
Стан атома Карбону
Орбіталі
Валентний стан атома Карбону
Тип гібридизації і будова молекули
Збуджений, вихідний стан 2s
2px
2py
2pz –
Збуджений, в алканах
2sp3 I
(sp3) Тетраедрична
Збуджений, в алкенах
2sp2 2p II
(sp2) Тригональна (площинна)
Збуджений, в алкінах
2sp
III
(sp) Дигональна (лінійна)

7. У відповідності з октетною теорією утворення октету може проходити двома шляхами, тому є два види хімічного зв’язку: гетерополярний і гомеополярний зв’язки.
1.     Гетерополярний, електровалентний (Коссель, Ленгмюр) або іонна взаємодія пов’язана з повною віддачею атомами електронів. Атоми перетворюються в іони.
    
2. Гомеополярний зв’язок, атомний. Стійкі октети створюються шляхом узагальнення електронів. Зв’язок створений спільними електронними парами, називається ковалентним. Виникнення ковалентного зв’язку йде двома механізмами: а) коллігація (обмінний механізм), кожний з атомів дає електрони для спільного користування): СН3  + СН3  СН3 – СН3

8. б) координація (донорно-акцепторний механізм) – один з атомів є донором електронів, а другий – акцептором.
СН3 + СН3  СН3 – СН3

9. Ці два методи – це два різних шляхи утворення одного і того ж зв’язку, структура якого не залежить від механізму утворення. По донорно-акцепторному механізму взаємодіють сполуки, які містять в своєму складі атоми N, O, S.
Льюїс розглядає подібні реакції як кислотно-основні. Донори – основи, акцептори – кислоти.
хлорид метиламонію

10. Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку
донор

11. Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку
триметиламін
оксид триметиламіну
семіполярний
ковалентний зв'язок

12. Семіполярний зв’язок (біполярний, півполярний) – це різновидність ковалентного зв’язку, утвореного по донорно-акцепторному механізму. Це такий зв’язок, коли ковалентнозв’язані атоми несуть повні протилежні (формальні) заряди.
 Цей вид зв’язку являє собою комбінацію ковалентного і електровалентного зв’язку. Від звичайного ковалентного зв’язку відрізняється тим, що атоми несуть заряди; від електронновалентного тим, що крім іонної взаємодії атоми зв’язані ще й ковалентно, тому сполуки не дисоціюють у водному розчині на іони.

13. Ковалентний полярний звязок Ковалентний неполярний звязок
Типи хімічних зв'язків
Йонний звязок
Ковалентний полярний звязок
Ковалентний неполярний звязок

14. Ковалентний полярний звязок
Типи хімічних зв'язків
Йонний звязок
Ковалентний полярний звязок
Пара електронів зміщена в сторону хлору

15. Ковалентний неполярний звязок
Типи хімічних зв'язків
Ковалентний неполярний звязок

16. Типи хімічних зв'язків
метан
етилен
ацетилен

17. Різні види перекривання орбіталей
-зв'язок

18. Різні види перекривання орбіталей
- зв'язок

19. Властивості ковалентного зв'язку
Ковалентний зв'язок характеризується такими параметрами: насиченістю, полярністю, поляризованістю, довжиною, енергією і направленістю в просторі (кутами між зв'язками).

20. Полярність зв’язку (статична поляризація) відбиває взаємний вплив безпосередньо зв’язаних атомів. Це зміщення електронної хмари зв’язку до більш електронегативного атома.
Електронегативність – здатність атома або групи атомів відтягувати до себе електронну густину. Електронегативність елементів визначається шкалою Полінга:
4,0 3,5 3, , ,8 2,75 2,6 2,5 2,2
F > O > Csp > N, Cl > Br > Csp2 > I > Csp3 > H
Чим більша електронегативність атома, тим більш полярний зв’язок.

21. Кількісно полярний зв’язок можна охарактеризувати величиною дипольного моменту (). Полярні молекули утворюють диполі. Диполь – система з розділеними центрами електропозитивних і електронегативних зарядів. Одиниці виміру дипольного моменту Д (дебай) або Кулон  метр (Кл  м).
 = g l
1 Д = 3,33 10–30 Кл м. Для ковалентних молекул  = 0 – 4 Д, для йонних – = 4 – 11 Д.
Дипольний момент – величина векторна, показується  від + до – .
В молекулі дипольний момент являє собою геометричну суму дипольних моментів окремих зв’язків. Тому деякі симетричні молекули не полярні.

22. Полярність

23. Поляризованість
Ковалентний зв'язок володіє поляризованістю — здатністю змінювати свою полярність, наприклад, під дією зовнішнього впливу

24. - зв'язки поляризуються значно легше, ніж - зв'язки
Поляризованість зв’язку (динамічна поляризація) – це зміна розподілу електронної густини під дією зовнішніх чинників (реагентів, розчинників, каталізаторів). Поляризованість зростає із зменшенням ЕН та із збільшенням радіуса атома і є більш визначальною на реакційну здатність молекули.
Чим більше електрони зсунуті в статичній молекулі, тим менше залишається можливостей для їх зсуву під дією зовнішнього поля.
Найменш полярна молекула HJ являє собою саму сильну кислоту: у водному середовищі завдяки високій поляризованісті легко відщеплює протон. Поляризованість молекул має важливе значення для пояснення поведінки речовин в момент реакції.
- зв'язки поляризуються значно легше, ніж - зв'язки

25. Довжина зв’язку (l) – відстань між ядрами атомів, що відповідає мінімальній енергії системи з двох ядер
Енергія зв’язку (Е) – є мірою його міцності і визначається як кількість енергії, що виділяється при утворенні зв’язку, або яку потрібно затратити на його розрив. Виражається в кДж/моль або ккал
1 ккал = 4,184 кДж.
С – С кДж/моль,
С = С кДж/моль,
С  С кДж/моль.

26. Довжина звязку і енергія
Деякі параметри ковалентних Карбон-Карбонових звязків
Ковалент-ний звязок
Тип гібриди-
зації атома Карбону
Довжина звязку, нм
Кут між гібридними орбіталями (міжвалент-ні кути)
Енергія звязку, кДж/моль
Форма молекули
sp3
0,154
109° 28'
350
Тетраедри-чна
sp2
0,134
120°
610
Площинна sp
0,120
180°
830
Лінійна
Сsp3 – Сsp2 0,150 нм Сsp3 – Сsp 0,146 нм
С – Н 0,111 нм

27. Направленість ковалентного зв'язку
sp3 – гібридизація тетраедрична будова
sp2 – гібридизація площинна будова
sp – гібридизація лінійна будова

28. Водневий зв'язок
Водневий зв’язок відноситься до особливого типу донорно-акцепторного зв’язку. Водневий зв’язок виникає у випадку, коли Гідроген зв’язаний ковалентно з сильно електронегативним (ЕН) елементом (F, O, N). Електронна пара при цьому значно зміщена до ЕН атому, а над Гідрогеном виникає +. При наближенні до атома Гідрогену іншого електронегативного атома іншої молекули, виникають сили взаємодії. При цьому ЕН атом виступає в якості донора електронів, а Гідроген – в якості акцептора.
Атом Гідрогену займає проміжне положення між двома ЕН атомами, з одним з яких він зв’язаний ковалентно. Водневий зв’язок буває міжмолекулярним і внутрішньомолекулярним.

29. Водневий зв'язок
Утворення міжмолекулярного зв’язку у випадку води, спиртів, приводить до збільшення Тк. Інколи зв’язки дуже міцні, утворюються асоціати:
n – нітрофенол (не переганяються з водяним паром) 
о-нітрофенол (внутрішньо-молекулярні зв’язки) переганяються з водяною парою.
  Розчинність нижчих спиртів і амінів пов’язана з їх здатністю утворювати водневі зв’язки.

30. Водневий зв'язок
Водневі зв’язки дуже поширені в природі, вони позначаються на властивостях білків, нуклеїнових кислот. Функціональні властивості білків визначаються їх здатністю утворювати водневі зв’язки.
Ген-фрагмент ДНК – складна молекула, яка повинна зберегти свою конфігурацію, щоб вірно передавати спадковість. Водневі зв’язки відіграють важливу роль в підтриманні цієї конфігурації. Відомо, що з усіх взаємодій лише водневі зв’язки мають потрібну міцність і направленість, які характеризуються необхідними для підтримання структур молекул.

31. Водневий зв'язок
12,5—20 кДж/моль

32. Взаємний вплив атомів в молекулі
Індуктивний ефект
метан
хлорметан
метанол
Зв'язок C–H малополярний
Зв'язок C–Cl полярний
Зв'язок C–O полярний
Зміщення електронної густини по лінії - зв'язків називається індуктивним ефектом і позначається буквою I.

33. Взаємний вплив атомів в молекулі
Індуктивний ефект
pKa=5,67 I
pKa=6,07 II

34. Взаємний вплив атомів в молекулі
Індуктивний ефект
Електроноакцепторні замісники – це атом або група атомів, що зміщують електронну густину -звязку від атома Карбону, проявляють негативний індуктивний ефект (-I-ефект).
Електронодонорні заместители замісники – це атом або група атомів, що зміщують електронну густину -звязку до атома Карбону, проявляють позитивний індуктивний ефект (+I-ефект).

35. Взаємний вплив атомів в молекулі
Індуктивний ефект
+I-Ефект проявляють аліфатичні вуглеводневі радикали, наприклад алкільні радикали (–CH3, –C2H5 і т. д.).
Більшість функціональних груп проявляють -I-ефект: –Hal, –NH2, –OH, >С=O, –COOH.
пропен

36. Взаємний вплив атомів в молекулі
Мезомерний ефект (ефект спряження)
Делокалізований зв'язок

37. Взаємний вплив атомів в молекулі
Мезомерний ефект (ефект спряження)

38. Взаємний вплив атомів в молекулі
Надспряження (гіперконъюгація)

39. Взаємний вплив атомів в молекулі
Надспряження (гіперконъюгація)

40. Взаємний вплив атомів в молекулі
Надспряження (гіперконъюгація)
2-метилбутен-2
2-метилбутен-1

41. Кислотність і основність органічних сполук
Переважно лікарські препарати проникають через ліпідну оболонку в неіонізованому стані, а тому знання їх кислотності і основності відіграє важливу роль в процесі вивчення їх метаболізму. Наприклад, ацетилсаліцилова кислота (аспірин) краще всмоктується в шлунку (рН 1 – 3) (ліки кислотної природи), а анілін краще всмоктується в кишечнику (рН 7 – 8) (ліки основної природи).

42. Кислотність і основність органічних сполук
Кислоти та основи по Бренстеду-Лоурі
Типи кислот: -SH > -OH > -NH > -CH
Типи основ: амонієві основи > оксонієві основи >
сульфонієві основи > -основи

43. Кислотність і основність органічних сполук
Кислотний центр
Центр протонування

44. Кислотність і основність органічних сполук
Залежність кислотних та основних властивостей від
природи замісників

45. Кислотність і основність органічних сполук
Ефективність дії багатьох лікарських засобів обумовлюється їх здатністю проникати до рецептора. Для речовин, здатних до іонізації, біологічна активність може визначатися часткою неіонізованих молекул, або Наприклад, фенол і ацетатна кислота припиняють ріст різних плісеневих грибів; їх біологічна дія обумовлена неіонізованими молекулами, і тому найбільша ефективність ацетатної кислоти проявляється при рН нижче 4, а для фенолу – при рН нижче 9. Також тільки неіонізований теофілін стимулює діяльність серця черепахи, а не його аніон.
В той же час антибактеріальна дія сульфаніламідних препаратів обумовлена аніонами. Оптимальне значення рКа сульфаніламідів знаходиться в інтервалі 6–8. Або антибактеріальна (бактеріостатична) дія аміноакридинів проявляється тільки в катіонній формі цих сполук і зростає при підвищенні ступеня їх катіонної іонізації.

46. Кислотність і основність органічних сполук

47. Кислотність і основність органічних сполук
Кислоти та основи Льюїса

48. Кислотність і основність органічних сполук
Правило ЖМКО Пірсона

49. Типи механізмів органічних реакцій
Гомолітичним, або вільнорадикальним називають механізм, в якому при розриві зв'язків у реагуючих молекул у кожного з фрагментів, що утворюються, залишається по одному електрону. Такі частинки називають радикалами (R)
A · ¦ · B  A· + B ·
Гетеролітичним, або йонним називають механізм, в якому при розриві зв'язків у реагуючих молекул обидва електрони залишаються на одному з фрагментів, що утворюються. Такі частинки називають йонами
A :¦ B  A- + B+

50. Типові нуклеофільні реагенти
1) йони, що несуть повний негативний заряд (аніони): OH-, CN-, RO-, NO2-, R-COO-, Hal- тощо;
2) нейтральні молекули, які містять одну або декілька неподільних електронних пар електронів:
3) молекули, які мають центри з підвищеною електронною густиною (алкени, алкадієни, алкіни, арени):

51. Типові електрофільні реагенти
1) йони, що несуть позитивний заряд (катіони): протон (Н+), катіони металів, арилдіазоній-катіон (Ar-N2+), нітроній-катіон (NO2+), нітрозил-катіон (NO+), протонований сульфур (VI) оксид (HSO3+);
2) нейтральні молекули, які мають вакантну орбіталь: SO3, кислоти Льюїса (AlCl3, FeBr3, SnCl4, BF3)
3) молекули, які мають центри зі зниженою електронною густиною: галогенпохідні вуглеводнів, сполуки з карбонільною групою, а також галогени

52. Реакції нуклеофільного заміщення (SN)
Ізобутилйодид
Основна реакція:
Хлорацетамід
Основна реакція:

53. Реакція нуклеофільного заміщення (SN)
Феноксиацетатна кислота
Основна реакція:
2,4-Динітрофенілгідразин
Основна реакція:

54. Реакції електрофільного заміщення (SЕ)
пара-Ксиленсульфокислота
Основна реакція:
4-Бром-трет-бутилбензен
Основна реакція:
мета-Нітроацетофенон
Основна реакція:

55. Реакції електрофільного заміщення (SЕ). Кислотний гідроліз
пара-Бромацетанілід і пара-броманілін
Основна реакція:
Амід фенілацетатної кислоти
Основна реакція:

56. Синтез з використанням магнійорганічних сполук
Синтез з використанням магнійорганічних сполук. Реакції електрофільного приєднання (АЕ)
1,2-Дифенілетанол
Основні реакції:

57. Реакції електрофільного приєднання (АЕ)
Дибром-пара-хлоркорична кислота
Основна реакція:

58. Реакції елімінування (відщеплення) (Е1 та Е2)
транс-Стільбен
Основна реакція:

59. Реакції приєднання-відщеплення карбонільних сполук з сполуками, що містять фрагмент H2N-X
2,4-Динітрофенілгідразон циклогексанону
Основна реакція:

60. Реакції алкілювання
Метиловий етер п-крезолу
Основна реакція:

61. Реакції ацилювання
Ацетилсаліцилова кислота
Основна реакція:

62. Реакції конденсації з метиленовими компонентами
Реакції конденсації з метиленовими компонентами. Реакція декарбоксилювання
пара-Хлоркорична кислота
Основна реакція:

63. Реакція діазотування. Реакція Зандмейєра (з виділенням азогрупи)

64. Реакція діазотування. Реакція Меєрвейна (з виділенням азогрупи)

65. Реакція діазотування та азосполучення (без виділення азогрупи)
4-(4-Диметиламінофеніл)азобензенсульфонат натрію
(метиловий оранжевий)
Основна реакція:

66. Реакція відновлення та окиснення

67. Реакція циклізації (формування гетероциклічних структур)
Метиловий естер 2-аміно-4,5-тетраметилентіофен-3-карбонової
кислоти
Основна реакція:

68. Проміжні активні частинки
Карбокатіони
Карбоаніони
Вільні радикали