Programm zum Zeichnen einer chemischen Formel nach Namen. Zusammensetzen der Namen organischer Verbindungen nach der Strukturformel

Die Strukturformel ist eine grafische Darstellung chemische Struktur Substanzen. Sie gibt die Anordnung der Atome sowie die Beziehung zwischen den einzelnen Bestandteilen der Substanz an. Darüber hinaus zeigen die Strukturformeln von Substanzen deutlich die Wertigkeiten aller im Molekül enthaltenen Atome.

Merkmale zum Schreiben einer Strukturformel

Für die Zusammenstellung benötigen Sie Papier, einen Stift und das Periodensystem der Elemente von Mendeleev.

Wenn Sie eine grafische Formel für Ammoniak zeichnen müssen, müssen Sie berücksichtigen, dass Wasserstoff nur eine Bindung eingehen kann, da seine Wertigkeit eins ist. Stickstoff ist in der fünften Gruppe (der Hauptuntergruppe), hat fünf Valenzelektronen auf der äußeren Energieebene.

Drei davon nutzt er, um einfache Bindungen mit Wasserstoffatomen einzugehen. Als Ergebnis lautet die Strukturformel wie folgt: Stickstoff befindet sich in der Mitte, Wasserstoffatome befinden sich darum herum.

Anleitung zum Schreiben von Formeln

Damit die Strukturformel für eine bestimmte chemische Substanz richtig geschrieben werden kann, ist es wichtig, eine Vorstellung vom Aufbau des Atoms, der Wertigkeit der Elemente zu haben.

Es ist mit der Hilfe dieses Konzept Es ist möglich, die grafische Struktur von organischen und anorganischen Substanzen darzustellen.

organische Verbindungen

Die organische Chemie beinhaltet die Verwendung einer grafischen Struktur Chemikalien verschiedene Klassen beim Schreiben chemische Reaktionen. Die Strukturformel wird auf der Grundlage von Butlerovs Theorie der Struktur organischer Substanzen erstellt.

Es enthält vier Bestimmungen, nach denen die Strukturformeln von Isomeren geschrieben werden, wobei eine Annahme über die chemischen Eigenschaften des Analyten getroffen wird.

Ein Beispiel für das Kompilieren von Isomerstrukturen

Als Isomere werden in der organischen Chemie Stoffe bezeichnet, die die gleiche qualitative und quantitative Zusammensetzung haben, sich aber in der Anordnung der Atome im Molekül (Struktur), der chemischen Aktivität unterscheiden.

Fragen zur Erstellung der grafischen Struktur organischer Substanzen sind in den Aufgaben des einheitlichen Staatsexamens der 11. Klasse enthalten. Beispielsweise müssen Sie komponieren und den Namen der Strukturformeln der Isomere der Zusammensetzung C 6 H 12 angeben. Wie geht man mit einer solchen Aufgabe um?

Zunächst müssen Sie verstehen, zu welcher Klasse organischer Substanzen Substanzen mit einer solchen Zusammensetzung gehören können. Wenn man bedenkt, dass zwei Klassen von Kohlenwasserstoffen gleichzeitig die allgemeine Formel C n H 2n haben: Alkene und Cycloalkane, ist es notwendig, die Strukturen aller möglichen Substanzen für jede Klasse zusammenzustellen.

Zunächst können wir die Formeln aller Kohlenwasserstoffe betrachten, die zur Klasse der Alkene gehören. Sie sind durch das Vorhandensein einer Mehrfach-(Doppel)-Bindung gekennzeichnet, was sich in der Herstellung der Strukturformel widerspiegeln sollte.

Wenn man bedenkt, dass es sechs Kohlenstoffatome im Molekül gibt, bilden wir die Hauptkette. Wir setzen eine Doppelbindung nach dem ersten Kohlenstoff. Unter Verwendung der ersten Position von Butlerovs Theorie legen wir für jedes Kohlenstoffatom (Viertigkeit vier) die erforderliche Menge an Wasserstoffatomen fest. Wenn wir die resultierende Substanz benennen, verwenden wir die systematische Nomenklatur, wir erhalten Hexen-1.

Wir lassen sechs Kohlenstoffatome in der Hauptkette, verschieben die Position der Doppelbindung nach dem zweiten Kohlenstoffatom, wir erhalten Hexen-2. Indem wir die Mehrfachbindung weiter entlang der Struktur verschieben, stellen wir die Formel von Hexen-3 zusammen.

Nach den Regeln der systematischen Nomenklatur erhalten wir 2 Methylpenten-1; 3 Methylpenten-1; 4 Methylpenten-1. Dann verschieben wir die Mehrfachbindung hinter das zweite Kohlenstoffatom in der Hauptkette und platzieren das Alkylradikal am zweiten, dann am dritten Kohlenstoffatom, wodurch wir 2 Methylpenten-2, 3 Methylpenten-2 erhalten.

In ähnlicher Weise komponieren und benennen wir weiterhin Isomere. Die betrachteten Strukturen repräsentieren zwei Arten von Isomerie: Kohlenstoffgerüst, Mehrfachbindungspositionen. Es ist nicht notwendig, alle Wasserstoffatome separat anzugeben; es können Varianten von abgekürzten Strukturformeln verwendet werden, wobei die Anzahl der Wasserstoffatome für jedes Kohlenstoffatom summiert wird, wobei die entsprechenden Indizes angegeben werden.

Da Alkene und Cycloalkane eine ähnliche haben allgemeine Formel, muss diese Tatsache bei der Zusammenstellung der Strukturen von Isomeren berücksichtigt werden. Sie können zuerst die Struktur eines geschlossenen Cyclohexans aufstellen, dann die möglichen Seitenkettenisomere betrachten und erhalten Methylcyclopentan, Dimethylcyclobutan usw.

Linienstrukturen

Strukturformeln von Säuren sind typische Vertreter dieser Struktur. Es wird davon ausgegangen, dass jedes einzelne Atom beim Erstellen ihrer grafischen Formeln angegeben wird, wobei die Anzahl der Valenzen zwischen den Atomen durch Bindestriche angegeben wird.

Fazit

Nach vorgefertigten Strukturformeln ist es möglich, die Wertigkeit jedes Elements, das Teil der Substanz ist, zu bestimmen, um auf die möglichen chemischen Eigenschaften des Moleküls hinzuweisen.

Nach der Entwicklung von Butlerovs Theorie der Struktur organischer Substanzen war es möglich, die unterschiedlichen Eigenschaften von Substanzen mit gleicher qualitativer und quantitativer Zusammensetzung durch das Phänomen der Isomerie zu erklären. Mit der Definition der Valenz, Periodensystem Elemente von Mendelejew können alle anorganischen und organischen Stoffe grafisch dargestellt werden. In der organischen Chemie werden Strukturformeln aufgestellt, um den Fließalgorithmus zu verstehen chemische Umwandlungen und ihr Wesen erklären.

In Substanzen sind Atome in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden, und es gibt bestimmte Winkel zwischen Atompaaren (zwischen chemischen Bindungen). All dies ist für die Charakterisierung von Stoffen notwendig, da ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften davon abhängen. Informationen über die Geometrie von Bindungen in Substanzen spiegeln sich teilweise (manchmal vollständig) in den Strukturformeln wider.

In Strukturformeln wird die Bindung zwischen Atomen durch einen Balken dargestellt. Zum Beispiel:

Die chemische Formel von Wasser ist H2O und die Strukturformel ist H-O-H,

Die chemische Formel von Natriumperoxid ist Na2O2 und die Strukturformel ist Na-O-O-Na,

Die chemische Formel von salpetriger Säure ist HNO2 und die Strukturformel ist H-O-N=O.

Bei der Darstellung von Strukturformeln zeigen Striche meist die stöchiometrische Wertigkeit der Elemente an. Strukturformeln, die auf stöchiometrischen Wertigkeiten basieren, werden manchmal genannt Grafik.Solche Strukturformeln enthalten Informationen über die Zusammensetzung und Anordnung von Atomen, enthalten jedoch keine korrekten Informationen über die chemischen Bindungen zwischen Atomen.

Strukturformel - Dies ist eine grafische Darstellung der chemischen Struktur eines Moleküls einer Substanz, die die Reihenfolge der Atombindungen und ihre geometrische Anordnung zeigt. Darüber hinaus zeigt es deutlich die Wertigkeit der in seiner Zusammensetzung enthaltenen Atome.

Für korrekte Rechtschreibung die Strukturformel einer bestimmten chemischen Substanz, muss man sich gut auskennen und sich vorstellen können, was die Fähigkeit von Atomen ist, mit anderen Atomen eine bestimmte Anzahl von Elektronenpaaren zu bilden. Schließlich ist es die Valenz, die Ihnen hilft, chemische Bindungen zu ziehen. Zum Beispiel angesichts der Summenformel von Ammoniak NH3. Sie müssen eine Strukturformel schreiben. Denken Sie daran, dass Wasserstoff immer einwertig ist, sodass seine Atome nicht aneinander gebunden werden können, daher werden sie an Stickstoff gebunden.

Strukturformeln richtig schreiben organische Verbindungen, wiederholen Sie die Hauptbestimmungen der Theorie von A.M. Butlerov, wonach es Isomere gibt - Substanzen mit der gleichen elementaren Zusammensetzung, aber mit unterschiedlichen chemische Eigenschaften. Beispielsweise Isobutan und Butan. Ihre Summenformel ist dieselbe: C4H10, aber die strukturellen sind unterschiedlich.

In einer linearen Formel wird jedes Atom separat geschrieben, daher nimmt ein solches Bild viel Platz ein. Bei der Erstellung einer Strukturformel können Sie jedoch für jedes Kohlenstoffatom die Gesamtzahl der Wasserstoffatome angeben. Zeichnen Sie zwischen benachbarten Kohlenstoffen chemische Bindungen in Form von Linien.

Beginnen Sie mit dem Schreiben von Isomeren mit einem Kohlenwasserstoff mit normaler Struktur, dh mit einer unverzweigten Kette von Kohlenstoffatomen. Reduzieren Sie dann um ein Kohlenstoffatom, das an ein anderes, inneres Kohlenstoffatom gebunden ist. Wenn Sie alle Möglichkeiten zum Schreiben von Isomeren mit einer bestimmten Kettenlänge ausgeschöpft haben, reduzieren Sie sie um ein weiteres Kohlenstoffatom. Und befestigen Sie es wieder am inneren Kohlenstoffatom der Kette. Beispielsweise die Strukturformeln von n-Pentan, Isopentan, Tetramethylmethan. Ein Kohlenwasserstoff mit der Summenformel C5H12 hat also drei Isomere. Erfahren Sie in den folgenden Artikeln mehr über die Phänomene Isomerie und Homologie!

Basierend auf diesen Ideen entwickelte A. M. Butlerov die Prinzipien zur Konstruktion grafischer Formeln von Chemikalien. Dazu müssen Sie die Wertigkeit jedes Elements kennen, die in der Abbildung als entsprechende Anzahl von Linien dargestellt ist. Anhand dieser Regel lässt sich leicht feststellen, ob die Existenz eines Stoffes mit einer bestimmten Formel möglich oder unmöglich ist. Es gibt also eine Verbindung namens Methan und mit der Formel CH 4 . Der Zusammenhang mit der Formel CH 5 ist unmöglich, da für den fünften Wasserstoff Kohlenstoff keine freie Valenz mehr hat.

Betrachten wir zunächst die Prinzipien der Struktur der einfachsten organischen Verbindungen. Sie heißen Kohlenwasserstoffe, da sie nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthalten (Abb. 138). Das einfachste davon ist das erwähnte Methan, das nur ein Kohlenstoffatom hat. Lassen Sie uns ein weiteres Atom des gleichen Typs hinzufügen und sehen, wie das Molekül einer Substanz heißt Ethan. Jedes Kohlenstoffatom hat eine Valenz, die von seinem anderen Kohlenstoffatom besetzt ist. Jetzt müssen wir die verbleibenden Valenzen mit Wasserstoff füllen. Jedes Atom hat drei freie Valenzbindungen, an die wir ein Wasserstoffatom anhängen. Das Ergebnis war eine Substanz mit der Formel C 2 H 6 . Lassen Sie uns ein weiteres Kohlenstoffatom hinzufügen.

Reis. 138. Vollständige und abgekürzte Strukturformeln organischer Verbindungen

Jetzt sehen wir, dass das durchschnittliche Atom nur noch zwei freie Valenzen hat. Wir werden ihnen ein Wasserstoffatom hinzufügen. Und zu den äußersten Kohlenstoffatomen fügen wir wie zuvor drei Wasserstoffatome hinzu. Bekommen Propan- eine Verbindung mit der Formel C 3 H 8. Diese Kette kann fortgesetzt werden, wobei immer mehr Kohlenwasserstoffe erhalten werden.

Aber Kohlenstoffatome müssen im Molekül nicht linear angeordnet sein. Nehmen wir an, wir wollen Propan ein weiteres Kohlenstoffatom hinzufügen. Es stellt sich heraus, dass dies auf zwei Arten erfolgen kann: entweder an das äußerste oder das mittlere Kohlenstoffatom von Propan binden. Im ersten Fall bekommen wir Butan mit der Formel C 4 H 10 . Im zweiten Fall, dem allgemeinen, sog empirische Formel wird das gleiche sein, aber das Bild in der Abbildung, genannt Strukturformel, wird anders aussehen. Und der Name der Substanz wird etwas anders sein: nicht Butan, aber Isobutan.

Stoffe, die gleiche Summen aber unterschiedliche Strukturformeln haben, werden genannt Isomere, und die Fähigkeit einer Substanz, in Form verschiedener Isomere zu existieren - Isomerie. Zum Beispiel essen wir verschiedene Substanzen, die die gleiche Formel C 6 H 12 O 6 haben, aber unterschiedliche Strukturformeln haben und sind verschiedene Namen: Glucose, Fructose oder Galactose.

Die betrachteten Kohlenwasserstoffe werden limitierend genannt. In ihnen sind alle Kohlenstoffatome durch eine Einfachbindung verbunden. Da das Kohlenstoffatom aber vierwertig ist und vier Valenzelektronen hat, kann es theoretisch Doppel-, Dreifach- und sogar Vierfachbindungen eingehen. Vierfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen kommen in der Natur nicht vor, Dreifachbindungen sind selten, aber Doppelbindungen sind in vielen organischen Substanzen, einschließlich Kohlenwasserstoffen, vorhanden. Verbindungen, die Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen, werden genannt unbegrenzt oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Nehmen Sie wieder ein Kohlenwasserstoffmolekül, das zwei Kohlenstoffatome enthält, aber verbinden Sie sie mit einer Doppelbindung (siehe Abb. 138). Wir sehen, dass jetzt jedes Kohlenstoffatom zwei freie Bindungen übrig hat, an denen es jeweils ein Wasserstoffatom anbringen kann. Die resultierende Verbindung hat die Formel C 2 H 4 und wird genannt Ethylen. Ethylen hat im Gegensatz zu Ethan weniger Wasserstoffatome für die gleiche Anzahl von Kohlenstoffatomen. Daher werden Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung in dem Sinne als ungesättigt bezeichnet, dass sie nicht mit Wasserstoff gesättigt sind.

Eine Aufgabe.

Komplexe organische Formeln sind recht mühsam mit den üblichen WORD-Methoden zu zeichnen. Um dieses Problem zu lösen, wurden spezielle chemische Editoren erstellt. Sie unterscheiden sich in der Spezialisierung und ihren Fähigkeiten, im Komplexitätsgrad der Schnittstelle und der Arbeit in ihnen usw. In dieser Lektion sollten wir uns mit der Arbeit eines dieser Redakteure vertraut machen, indem wir eine Dokumentdatei mit den erforderlichen Formeln erstellen.

Allgemeine Eigenschaften des ChemSketh-Editors

Chemischer Herausgeber ChemSketch aus dem Softwarepaket ACD/Labs der kanadischen Firma „Advanced Chemistry Development“ steht dem ChemDraw-Editor in Sachen Funktionalität in nichts nach und übertrifft ihn teilweise sogar. Im Gegensatz zu ChemDraw (Speichergröße 60 Megabyte) nimmt ChemSketch nur etwa 20 Megabyte Speicherplatz ein. Wichtig ist auch, dass die mit ChemSketch erstellten Dokumente wenig Platz einnehmen – nur wenige Kilobyte. Dieser Chemikalieneditor konzentriert sich mehr auf die Arbeit mit organischen Formeln mittlerer Komplexität (es gibt eine große Bibliothek fertige Formeln), aber es ist auch bequem, chemische Formeln anorganischer Substanzen darin zusammenzustellen. Es kann verwendet werden, um Moleküle im 3D-Raum zu optimieren, Abstände und Bindungswinkel zwischen Atomen in einer Molekülstruktur zu berechnen und vieles mehr.