Какая из структурных формул соответствует логической схеме: его функциональная схема и структурная формула — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

4. Функциональные схемы и структурные формулы логических устройств

Устройства компьютера строятся на основе базовых логических элементов соответствующих базовым логическим операциям.

НЕ

Х

Х & Y

Х  Y

инвертор

конъюнктор

дизъюнктор

Цепочку из логических элементов, в которой выходы одних элементов являются входами других, называют логическим устройством. Схема соединения логических элементов, реализующая логическую функцию, называется, функциональной схемой. Формой описания функции, реализуемой логическим устройством, является структурная формула.

Пример 4. По заданной структурной формуле (логической функции) F(A,B) = B & A  B & A построить функциональную (логическую) схему.

Решение. Построение надо начинать с операции, которая должна выполняться последней. В данном случае это логическое сложение, значит, на выходе логической схемы должен быть дизъюнктор. На него сигналы подаются от двух конъюнкторов, на которые, в свою очередь подаются один входной сигнал нормальный и один инвертированный (инверторов).

НЕ

A

B & A

B & A

F(A,B) ) = B & A  B & A

НЕ

B

5.

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (сднф), совершенная конъюнктивная нормальная форма(скнф)

Логические функции можно задать с помощью: 1)формулы,2)таблицыистинности. По формуле легко восстановить таблицу. На практике при конструировании электронных устройств возникает обратная задача – от таблицы истинности перейти к формуле, чтобы на ее основе построить функциональную схему.

Переменные структурной формулы соответствуют входам функциональной схемы. Значения переменных в таблице истинности соответствуют значениям входов функциональной схемы.

Название формулы	Определение	Формулы, соответствующие определению	Формулы, не соответствующие определению
Элементарная дизъюнкция	Элементарной дизъюнкцией называется дизъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием и без отрицания, причем среди переменных могут быть одинаковые.		(недопустима конъюнкция)
Элементарная конъюнкция	Элементарной конъюнкцией называется конъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием и без отрицания, причем среди переменных могут быть одинаковые		(недопустима дизъюнкция)
ДНФ	Всякую дизъюнкцию элементарных конъюнкций назовем Дизъюнктивной Нормальной Формой (ДНФ).		ДНФ можно построить для всякой формулы (преобразованием)
КНФ	Всякую конъюнкцию элементарных дизъюнкций назовем Конъюнктивной Нормальной Формой (КНФ).		КНФ можно построить для всякой формулы (преобразованием)
СДНФ	Совершенной Дизъюнктивной Нормальной Формой (СДНФ) называется ДНФ, в которой нет одинаковых элементарных конъюнкций и все конъюнкции состоят их одного и того же набора переменных, в который каждая переменная входит только один раз (возможно с отрицанием).
СКНФ	Совершенной Конъюнктивной Нормальной Формой (СКНФ) называется КНФ, в которой нет одинаковых элементарных дизъюнкций и все дизъюнкции состоят их одного и того же набора переменных, в который каждая переменная входит только один раз (возможно с отрицанием).

pril2 — презентация онлайн

1. Решение задач по теме «Базовые логические элементы»

«Во-первых, Вам хочу вменить
На курсы логики ходить.
Ваш ум, нетронутый доныне,
На них приучат к дисциплине,
Чтоб взял он направленья ось,
Не разбредаясь вкривь и вкось… »
В.Гете, «Фауст».
Перевод Б. Пастернака
Решение задач по теме
«Базовые логические элементы»

2. Цель урока:

• закрепить навыки построения функциональных схем
и записи логических функций;
• научиться синтезировать логические схемы.

3. Вопросы для повторения

Вопрос 1. Как называется объединение двух
высказываний в одно с помощью союза «или» ?
Ответ 1. инверсия
Ответ 2. конъюнкция
Ответ 3. дизъюнкция
Ответ 4. импликация
Вопрос 2. Какие из логических операций не
являются базовыми?
Ответ 1. конъюнкция
Ответ 2. дизъюнкция
Ответ 3.

эквивалентность
Ответ 4. инверсия
Ответ 5. импликация
Вопрос 3. Графическое изображение
логического выражения называется:
Ответ 1. схема
Ответ 2. рисунок
Ответ 3. чертеж
Ответ 4. график
Вопрос 4. Чему равно двойное отрицание
логической переменной?
Ответ 1.
0
Ответ 2.
1
Ответ 3.
исходной переменной
Ответ 4.
обратной переменной
Вопрос 5. Как называется устройство,
выполняющее базовые логические операции?
Ответ 1. регистр
Ответ 2. сумматор
Ответ 3. вентиль
Ответ 4. триггер
Вопрос 6. Чему равно значение логического
выражения
( 1 v 1) & (0 v 0)?
Ответ 1.
0
Ответ 2.
1
Ответ 3.
10
Ответ 4.
2
Вопрос 7. Какую логическую
операцию можно
проиллюстрировать такой схемой?
Ответ 1. логическое И
Ответ 2. логическое ИЛИ
Ответ 3. логическое И-НЕ
Ответ 4. логическое НЕ
Вопрос 8. В 50-х годах прошлого века американский учёный
Клод Шеннон .

..
Ответ 1. … изложил основы алгебры логики
Ответ 2. … ввел двоичную систему счисления
Ответ 3. … заложил основы ЭВМ, связав алгебру логики с
двоичной системой кодирования и применив к релейно–
контактным схемам
Ответ 4. … первым выдвинул идею программно-управляемой
машины
Вопрос 9. Вставь пропущенное слово:
«Электрическая схема модели логического
устройства «и» соответствует …
соединению проводов.»
Вопрос 10. Вставь пропущенные слова:
«Электрическая схема модели логического
устройства «не» соответствует действию
… в соединении проводов.»
Вопрос 11. Запишите значения функции F
на выходе из логического элемента.
Вопрос 12. Какому логическому элементу
соответствует схема?
Ответ 1.
Ответ 2.
Ответ 3.
Ответ 4.
конъюнктор
дизъюнктор
инвертор
импликатор
Вопрос 13. Какой из законов логики был
впервые сформулирован шотландским
ученым Огастесом (Августом) де
Мо́рганом и назван в его честь?
Ответ 1.

Ответ 2.
Ответ 3.
Ответ 4.
Вопрос 14. При составлении логического
выражения необходимо учитывать
порядок выполнения логических
операций. Расставьте предложенные
операции и восстановите порядок
действий.
a) дизъюнкция
b) действия в скобках
c) конъюнкция
d) инверсия
«Всё наше достоинство заключено в мысли.
Не пространство, не время, которых мы не
можем заполнить, возвышает нас, а именно
она, наша мысль. Будем же учиться хорошо
мыслить.»
французский математик и философ XVII века Б.Паскаль
Задание: Logic.exe
Правила игры
Задача заключается в том, чтобы последовательно передавать алмаз с верхней
площадки на нижнюю. Подавая ток на вход механизмов в правой части схемы,
можно выдвигать площадки на пути алмаза. Если на входе механизма нет тока,
площадка убирается.
Для управления механизмами используют выключатели в левой части поля. Их
состояние изменяется щелчком мыши. Если выключатель включен, по цепи идет
ток и поступает на логические схемы, включенные в эту цепь (средняя часть
поля).

Логические элементы различны: инвертор, конъюнктор и т.д.
Алмаз нельзя передавать сразу через несколько «пролетов» — в этом случае он
разбивается и приходится начинать уровень заново. Кроме того, у вас есть только
5 алмазов на всю игру, если вы разобьете их все, задание считается
невыполненным. Придется начинать с самого начала – с первого уровня.
Игра состоит из 10 уровней. На все отводится 4 минуты. Ваша задача – пройти на
более высокий уровень.

20. Работа в группах.

Цель работы: при выполнении заданий
продумать и сформулировать алгоритм для
решения задач подобного типа.

68. Проверка решения.

69. Для вычисления логического выражения 1 или 0 и 1 нарисовать схему, отражающую последовательность выполнения логических

1.
Для вычисления логического выражения
1 или 0 и 1
нарисовать схему, отражающую последовательность выполнения
логических операций. По схеме вычислить значение логического
выражения.
2
1
1 или 0 и 1
1
0
1
0
И
ИЛИ
1

70.

Порядок действий при построении логической схемы по заданному выражению1. Определить число логических переменных.
2. Определить количество базовых логических
операций и их порядок.
3. Изобразить для каждой логической операции
соответствующий ей элемент (вентиль).
4. Соединить элементы (вентили) в порядке
выполнения операций.
2.
Дана логическая схема. Построить логическое выражение,
соответствующее этой схеме.
Вычислить значение выражения для Х1 = 0, Х2 = 1
0
0х1
1х2
НЕ
НЕ
1
1
И
1
ИЛИ
1
0
________________________________________
((
_________________________
( не хх11) ии) и( (хх222 )))
)))
))
))))
) ))
((((((_______
хх11 ) или (((не
или
И
0
______________
и (не
(не
хх22) = 0 )
(Х1 + Х1 & Х2 ) & Х2 = 0

72. Порядок действий при построении логического выражения по заданной схеме

• При составлении логической функции
необходимо проследить пути движения потоков
сигналов от одного элемента (вентиля) к другому,
начиная справа налево.

73. CИНТЕЗ АВТОМАТОВ

Теория, мой друг, суха, но зеленеет жизни древо.
И.В.Гете
CИНТЕЗ АВТОМАТОВ

74. Конструирование (синтез) автоматов — одна из основных задач кибернетики. Кибернетика – наука о процессах управления в сложных

динамических системах, основывающаяся на теоретическом
фундаменте математики и логики, а также применении
вычислительной техники.
Автомат – агрегат, представляющий собой систему механизмов
и устройств, в которой полностью механизированы, т.е.
выполняются без непосредственного участия человека,
процессы получения, преобразования, передачи и использования
энергии, вещества или информации.

75. АЛГОРИТМ СИНТЕЗА АВТОМАТОВ

Задать автомат словесно
Определить число входов и выходов автомата
Составить таблицу работы автомата
Используя таблицу, выписать структурную
формулу автомата
Вычертить функциональную схему автомата

76. Пример. Для оповещения зрителей, наблюдающих за ходом состязаний по тяжелой атлетике, изготовлен светящийся транспарант: “Вес

взят правильно”.

Подсвечивание транспаранта осуществляется по
команде, выдаваемой автоматом. Этот автомат
обрабатывает сигналы, поступающие от трех судей А,
В, С. Судья А — старший. Сигнал на подсвечивание
транспаранта автомат выдаст тогда, когда нажмут
кнопки все трое судей или двое, один из которых старший. Сконструировать автомат.
Описание задачи, которую должен решать автомат принято
называть словесной формой задания автомата.
Будущий автомат имеет:
три входа — три линии, по которым поступают сигналы от судей А,
В и С;
один выход Х — сигнал для подсвечивания транспаранта “вес взят
правильно”.
автомат
Будущий автомат имеет:
три входа — три линии, по которым поступают сигналы от судей А,
В и С;
один выход Х — сигнал для подсвечивания транспаранта “вес взят
правильно”.
А
В
С
автомат
Х

79. Составим таблицу работы автомата.

А
В
С
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
Х
Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст тогда,
когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один из которых
— старший.

80. Составим таблицу работы автомата.

А
В
С
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
Х
1
Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст тогда,
когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один из которых
— старший.

81. Составим таблицу работы автомата.

А
В
С
Х
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст тогда,
когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один из которых
— старший.

82. Составим таблицу работы автомата.

А
В
С
Х
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст тогда,
когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один из которых
— старший.

Таблица работы автомата
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
X
0
0
0
0
0
1
1
1
Таблица работы автомата
Пример. Для оповещения зрителей, наблюдающих за ходом
состязаний по тяжелой атлетике, изготовлен светящийся
транспарант: “Вес взят правильно”. Подсвечивание
транспаранта осуществляется по команде, выдаваемой
автоматом. Этот автомат обрабатывает сигналы,
поступающие от трех судей А, В, С. Судья А — старший.
Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст
тогда, когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один
из которых — старший. Сконструировать автомат.

88. Домашнее задание:

Уровень знания:
• Выучить новые понятия по конспекту в тетради.
№ 1. Постройте схему для логической функции
F (a, b, c) = (a & b) & (c + a) & c.
№ 2. Дана логическая схема.

а
b
не
&
1
не
1
f
Составьте логическую функцию, которая ей соответствует. Найдите значения сигнала на
выходе, если а = 1, b = 0.
Уровень понимания:
+ Сформулировать алгоритм построения структурных формул и функциональных схем
при решении задач о синтезе однотактных автоматов.
Уровень применения:
+ № 3. Три цеха — А, В и С — обеспечивает электроэнергией небольшая электростанция, на
которой установлены два генератора — Х и Y. Если в энергии нуждается один из трех
цехов, то достаточно включить генератор Y. Если же в энергии нуждаются два цеха
одновременно — достаточно генератора Х. Снабжение всех трех цехов одновременно
обеспечивается совместной работой генераторов X и Y. Необходимо построить такой
автомат, который получая заявки от цехов А, В и С на снабжение энергией, может
разумно перераспределять нагрузку между генераторами.

89. Самостоятельная работа:

Прежде чем решать задачу, подумай, что делать с ее решением!
Д.

Пойа
№ 1. Постройте логическую схему выражения
f = не (а или b) и (с или b).
Определите значение логического выражения, если
а = истина, b = ложь, с = истина.
№ 2. Сконструировать автомат для подсчета голосов
при тайном голосовании. Голосуют три человека.
Автомат выдаст сигнал “избран”, если число
голосов “за” не менее двух.

90. Спасибо за урок!

Органическая номенклатура

Номенклатура

Растущее с каждым днем число органических соединений, идентифицируемых вместе с тем фактом, что многие из этих соединений являются изомерами других соединений, требует разработки систематической номенклатурной системы. Точно так же, как каждое отдельное соединение имеет уникальную молекулярную структуру, которая может быть обозначена структурной формулой, каждому соединению должно быть присвоено характерное и уникальное имя.
По мере того как органическая химия росла и развивалась, многим соединениям были даны тривиальные названия, которые сейчас широко используются и признаются. Некоторые примеры:

Имя	Метан	Бутан	Ацетон	Толуол	Ацетилен	Этиловый спирт
Формула	CH ₄	C ₄ H ₁₀	CH ₃ COCH ₃	CH ₃ C ₆ H ₅	C ₂ H ₂	C ₂ H ₅ OH

Такие общеупотребительных названий часто берут свое начало в истории науки и природных источниках конкретных соединений, но отношение этих названий друг к другу произвольно, и в их присвоении нет никаких рациональных или систематических принципов.

Систематический подход IUPAC к номенклатуре

Рациональная система номенклатуры должна делать как минимум две вещи. Во-первых, он должен указать, как атомы углерода данного соединения связаны друг с другом в характерной решетке цепей и колец. Во-вторых, он должен идентифицировать и локализовать любые функциональные группы, присутствующие в соединении. Поскольку водород является таким распространенным компонентом органических соединений, его количество и расположение можно предположить по четырехвалентности углерода, и в большинстве случаев его не нужно указывать.
Система номенклатуры IUPAC представляет собой набор логических правил, разработанных и используемых химиками-органиками для обхода проблем, вызванных произвольной номенклатурой. Зная эти правила и зная структурную формулу, можно написать уникальное название для каждого отдельного соединения. Точно так же, имея имя IUPAC, можно написать структурную формулу. Как правило, имя ИЮПАК будет иметь три основные характеристики:

Корень или основание, указывающее на основную цепь или кольцо атомов углерода в молекулярной структуре.
Суффикс или другой элемент(ы), обозначающие функциональные группы, которые могут присутствовать в соединении.
Названия групп-заместителей, кроме водорода, которые завершают молекулярную структуру.

В качестве введения в систему номенклатуры IUPAC мы сначала рассмотрим соединения, не имеющие определенных функциональных групп. Такие соединения состоят только из атомов углерода и водорода, связанных между собой сигма-связями (все атомы углерода имеют sp ³ гибридизированы).

Отличное представление органической номенклатуры представлено на странице номенклатуры. созданный Дэйвом Вудкоком.
Также доступна полная презентация Правил IUPAC.

Алканы

Алканы

Углеводороды, не имеющие функциональных групп двойной или тройной связи, классифицируются как алканы или циклоалканы в зависимости от того, расположены ли атомы углерода в молекуле только в виде цепей или также в виде колец. Хотя эти углеводороды не имеют функциональных групп, они составляют каркас, на котором располагаются функциональные группы других классов соединений, и являются идеальной отправной точкой для изучения и обозначения органических соединений. Алканы и циклоалканы также относятся к более широкому классу соединений, называемому 9.0077 алифатические . Проще говоря, алифатические соединения — это соединения, которые не содержат ароматических колец в своей молекулярной структуре.
В следующей таблице перечислены названия IUPAC, присвоенные простым алканам с непрерывной цепью от C-1 до C-10. Общий суффикс «ан» идентифицирует эти соединения как алканы. Алканы с более длинной цепью хорошо известны, и их названия можно найти во многих справочниках и учебниках. Названия метан по декан следует запомнить, так как они составляют корень многих названий ИЮПАК. К счастью, для обозначения цепочек из пяти и более атомов углерода используются обычные числовые префиксы.

Examples of Simple Unbranched Alkanes
Name	Molecular Formula	Structural Formula	Isomers	Name	Molecular Formula	Structural Formula	Isomers
meth ane	CH ₄	CH ₄	1	hex ane	C ₆ H ₁₄	CH ₃ (CH ₂ ) ₄ CH ₃	5
eth ane	C ₂ H ₆	CH ₃ CH ₃	1	hept ane	C ₇ H ₁₆	CH ₃ (CH ₂ ) ₅ CH ₃	9
prop ane	C ₃ H ₈	CH ₃ CH ₂ CH ₃	1	oct ane	C ₈ H ₁₈	CH ₃ (CH ₂ ) ₆ CH ₃	18
but ane	C ₄ H ₁₀	CH ₃ CH ₂ СН ₂CH ₃	2	non ane	C ₉ H ₂₀	CH ₃ (CH ₂ ) ₇ CH ₃	35
pent ane	C ₅ H ₁₂	CH ₃ (CH ₂ ) ₃ CH ₃	3	dec ane	C ₁₀ H ₂₂	CH ₃ (CH ₂ ) ₈ CH ₃	75

Некоторые важные тенденции поведения и терминология:

(i) Формулы и структуры этих алканов равномерно возрастают с шагом CH ₂.
(ii) Единая вариация такого рода в ряду соединений называется гомологичен .
(iii) Все эти формулы подходят для С _n H _2n+2 правило. Это также максимально возможное соотношение H/C для стабильного углеводорода.
(iv) Поскольку соотношение H/C в этих соединениях максимально, мы называем их насыщенный (с водородом).

Начиная с бутана (C ₄ H ₁₀), и становится более многочисленным с более крупными алканами, мы отмечаем существование изомеров алканов. Например, есть пять C ₆ H ₁₄изомеры, показанные ниже в виде сокращенной линейной формулы (от A до E ):

Хотя все эти разные соединения имеют одинаковую молекулярную формулу, только одно из них ( A ) можно назвать гексаном. Как же тогда назвать остальных?

Система IUPAC требует, во-первых, наличия названий для простых неразветвленных цепей, как отмечалось выше, и, во-вторых, наличия названий для простых алкильных групп, которые могут быть присоединены к цепям. Примеры некоторых общих алкильных групп приведены в следующей таблице. Обратите внимание, что суффикс «ane» заменен на « yl » в группах именования. Символ R используется для обозначения общей (неопределенной) алкильной группы.

Группа	CH ₃ –	С ₂ Н ₅ –	CH ₃ CH ₂ CH ₂ –	(CH ₃ ) ₂ CH–	CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ –	(CH ₃ ) ₂ CHCH ₂ –	CH ₃ CH ₂ CH(CH ₃ )–	(CH ₃ ) ₃ C–	Р–
Имя	Метил	Этил	Пропил	Изопропил	Бутил	Изобутил	сек -Бутил	трет -Бутил	Алкил

Правила ИЮПАК для номенклатуры алканов

1. Найдите и назовите самую длинную непрерывную углеродную цепь.
2. Определите и назовите группы, присоединенные к этой цепочке.
3. Пронумеруйте цепочку последовательно, начиная с ближайшего конца. замещающая группа.
4. Обозначьте положение каждой замещающей группы соответствующим номер и имя.
5. Соберите название, перечислив группы в алфавитном порядке, используя полное название (например, циклопропил перед изобутилом).
Приставки ди, три, тетра и т. д., используемые для обозначения нескольких однородных групп, при алфавитном алфавите не учитываются.

Для вышеуказанных изомеров гексана названия IUPAC: B 2-метилпентан C 3-метилпентан D 2,2-диметилбутан E 2,3-диметилбутан

Галогеновые заместители легко сочетаются с использованием названий: фтор (F-), хлор (Cl-), бром (Br-) и йод (I-). Например, (CH ₃) ₂ CHCH ₂ CH ₂ Br будет называться 1-бром-3-метилбутан. Если галоген связан с простой алкильной группой, можно использовать альтернативное название «алкилгалогенид». Таким образом, С ₂ H ₅ Cl может называться хлорэтаном (для двухуглеродной цепи не требуется номер локатора) или этилхлоридом. Галогенированные алкильные заместители, такие как бромметил, BrCH ₂ — и трихлорметил, CCl ₃ -, могут быть перечислены и расположены в алфавитном порядке в соответствии с их полными названиями.

Дополнительные примеры того, как эти правила используются при наименовании разветвленных алканов, и некоторые подправила номенклатуры .

Циклоалканы

Циклоалканы

Циклоалканы имеют один или несколько кольца атомов углерода. Простейшие примеры этого класса состоят из одиночное незамещенное углеродное кольцо, и они образуют гомологический ряд, подобный к неразветвленным алканам. Имена IUPAC первых пяти членов эта серия представлена в следующей таблице. Последний (желтый) столбец дает общая формула циклоалкана любого размера. Если простой неразветвленный алкан превращается в циклоалкан с двумя атомами водорода, по одному с каждого конца цепи, должны быть потеряны. Отсюда общая формула циклоалкана состоит из n углероды C _n H _2n . Хотя в циклоалкане на два атома водорода меньше, чем в эквивалентном алкане, каждый углерод связан с четырьмя другими атомами, поэтому такие соединения по-прежнему считаются насыщенными водородом.

Примеры простых циклоалканов
Наименование	Циклопропан	Циклобутан	Циклопентан	Циклогексан	Циклогептан	Циклоалкан
Молекулярный Формула	С ₃ Н ₆	С ₄ Н ₈	С ₅ Н ₁₀	С ₆ Н ₁₂	С ₇ Н ₁₄	C _n H _2n
Структурный Формула						(CH ₂ ) _n
Line Formula

Замещенные циклоалканы называются так же, как и разветвленные алканы. Основное различие в правилах и процедурах заключается в системе нумерации. Поскольку все атомы углерода в кольце эквивалентны (кольцо не имеет концов, как цепь), нумерация начинается с замещенного кольцевого атома.

Правила ИЮПАК для номенклатуры циклоалканов

1. Для монозамещенного циклоалкана кольцо дает название корня (таблица выше), а группа-заместитель называется как обычно. Номер места необязателен.
2. Если алкильный заместитель большой и/или сложный, кольцо может быть названо замещающей группой алкана.
3. Если в кольце присутствуют два разных заместителя, они перечислены в алфавитном порядке, и первый указанный заместитель соответствует углероду №1. Затем нумерация атомов углерода в кольце продолжается в направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки), которое дает второму заместителю меньший возможный номер положения.
4. Если в кольце присутствует несколько заместителей, они перечислены в алфавитном порядке. Номера положений присваиваются заместителям таким образом, что один из них находится у углерода № 1, а другие положения имеют наименьшие возможные номера, считая либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
5. Название составлено с перечислением групп в алфавитном порядке и присвоением каждой группе (если их две или более) номера местоположения. Приставки ди, три, тетра и т. д., используемые для обозначения нескольких однородных групп, при алфавитном алфавите не учитываются.

Примеры того, как эти правила используются при присвоении названий замещенным циклоалканам.

Маленькие кольца, такие как три и четырехчленные кольца, имеют значительную угловую деформацию в результате деформации углов связи углерода sp ³ от идеального 109,5º до 60º и 90º соответственно. Эта угловая деформация часто увеличивает химическую активность таких соединений, что приводит к образованию продуктов разрыва кольца. Это также важно признать, что, за исключением циклопропана, циклоалкильные кольца не являются плоскими (плоскими). Трехмерные формы, принятые общим кольца (особенно циклогексановые и более крупные кольца) описаны и обсуждены в разделе «Конформационный анализ».

Углеводороды, имеющие более одного кольца, широко распространены и называются бициклическими (два кольца), трициклическими (три кольца) и вообще полициклическими соединениями. Молекулярные формулы таких соединений имеют отношения H/C, которые уменьшаются с числом колец. В общем, для углеводорода, состоящего из n атомов углерода, связанный с м колец формула: C _n H _{(2n + 2 — 2m)} . Структурное соотношение колец в полициклическом соединении может варьироваться. Они могут быть отдельными и независимыми или иметь один или два общих атома. Некоторые примеры этих возможных компоновок показаны в следующей таблице.

Примеры изомерных C

₈ H ₁₄ Бициклоалканы

Изолированные кольца	Кольца Spiro	Плавкие кольца	Кольца с перемычкой
Нет общих атомов	Один общий атом	Одна обыкновенная облигация	Два обычных атома

Практические задачи

Выберите проблему Сопоставление формул и имен Распознавание имен формул Получение алканов из названий IUPAC Рисование циклолканов из названий IUPAC

Алкены и алкины

Алкены и алкины

Алкены и алкины представляют собой углеводороды, которые имеют соответственно углерод-углеродных двойных связей и углерод-углеродных тройных связей функциональных групп. Молекулярные формулы этих ненасыщенных углеводородов отражают множественное связывание функциональных групп:

Алкан	R–CH ₂ –CH ₂ –R	C _n H _2n+2	Это максимальное отношение H/C для данного числа атомов углерода.
Алкен	R–CH=CH–R	С _Н Н _{2 Н}	Каждая двойная связь уменьшает число атомов водорода на 2.
Алкин	R–C≡C–R	С _Н Н _2н-2	Каждая тройная связь уменьшает число атомов водорода на 4.

Как отмечалось ранее в разделе «Анализ молекулярных формул», молекулярная формула углеводорода предоставляет информацию о возможных структурных типах, которые он может представлять. Например, рассмотрим соединения, имеющие формулу C ₅ H ₈ . Формула пентана пятиуглеродного алкана C ₅ H ₁₂, поэтому разница в содержании водорода равна 4. Эта разница предполагает, что такие соединения могут иметь тройную связь, две двойные связи, кольцо плюс двойную связь или два кольца. Некоторые примеры показаны здесь, а есть как минимум четырнадцать других!

Правила ИЮПАК для номенклатуры алкенов и циклоалкенов

1. Суффикс ene (окончание) указывает на алкен или циклоалкен.
2. Самая длинная цепь, выбранная для корневого названия, должна включать обоих атомов углерода двойной связи .
3. Корневая цепь должна быть пронумерована с конца, ближайшего к атому углерода двойной связи . Если двойная связь находится в центре цепи, для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
4. Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода двойной связи, используется в качестве локатора двойной связи. Если присутствует более одной двойной связи, соединение называется диеновым, триеновым или эквивалентным префиксом, указывающим количество двойных связей, и каждой двойной связи присваивается локаторный номер.
5. В циклоалкенах атомам углерода двойной связи отведены кольцевые позиции №1 и №2. Какой из двух является номером 1, можно определить по правилу ближайшего заместителя.
6. Заместители, содержащие двойные связи:
H ₂ C=CH– Винильная группа
H ₂ C=CH–CH ₂ – Аллильная группа

Правила ИЮПАК для номенклатуры алкинов

1. Суффикс yne (окончание) указывает на алкин или циклоалкин.
2. Самая длинная цепь, выбранная для корневого названия, должна включать обоих атомов углерода тройной связи .
3. Корневая цепь должна быть пронумерована с конца, ближайшего к атому углерода тройной связи . Если тройная связь находится в центре цепи, для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
4. Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода тройной связи, используется в качестве локатора тройной связи.
5. Если присутствует несколько множественных связей, каждой из них должен быть присвоен номер локатора. Двойные связи предшествуют тройным связям в названии IUPAC, но цепочка нумеруется с конца, ближайшего к кратной связи, независимо от ее природы.
6. Поскольку тройная связь является линейной, она может быть размещена только в кольцах размером более десяти атомов углерода. В простых циклоалкинах атомам углерода тройной связи назначаются кольцевые положения № 1 и № 2. Какой из двух является номером 1, можно определить по правилу ближайшего заместителя.
7. Заместители, содержащие тройные связи:
HC≡C– Этинильная группа
HC≡C–CH ₂ – Пропаргильная группа

Примеры использования этих правил для обозначения алкенов, алкинов и циклических аналогов .

Номенклатура соединений с замещенным бензольным кольцом менее систематична, чем номенклатура алканов, алкенов и алкинов. Несколько монозамещенных соединений названы с использованием названия группы в качестве префикса к «бензолу», как показано комбинированными названиями, перечисленными ниже. Однако большинство этих соединений называют уникальными именами в единственном числе. Нет простой альтернативы запоминанию в освоении этих имен.

Двумя обычно встречающимися группами заместителей, которые включают бензольное кольцо, являются фенил , сокращенно Ph-, и бензил , сокращенно Bn-. Они показаны здесь с примерами их использования. Будьте осторожны, чтобы не перепутать фенильную группу (произносится как фенил ) с составным фенолом (произносится как фенол ). Общее и полезное общее обозначение, которое дополняет использование R- для алкильной группы, представляет собой Ar- для арильной группы (любое ароматическое кольцо).

Если в бензольном кольце присутствует более одного заместителя, относительное расположение заместителей должно быть обозначено нумерацией атомов углерода в кольце или каким-либо другим обозначением. В случае дизамещенных бензолов префиксы орто, мета и пара обычно используются для обозначения 1,2-, 1,3- или 1,4-соотношений соответственно. В следующих примерах первый ряд соединений показывает это использование красным цветом. Некоторые дизамещенные толуолы имеют имена в единственном числе (например, ксилол, крезол и толуидин), а их изомеры обычно обозначаются цифрой 9.0077 или rtho, m eta или p ara префикс. Некоторые дизамещенные бензолы имеют особые названия, данные изомерам (например, салициловая кислота и резорцин). Наконец, если есть три или более групп заместителей, кольцо нумеруется таким образом, чтобы присвоить заместителям наименьшие возможные номера, как показано в последнем ряду примеров. Заместители перечислены в алфавитном порядке в окончательном названии. Если замена симметрична (третий пример слева), нумерация соответствует алфавитному порядку.

5.1: Изомеры — Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 58809

Результаты обучения

Дайте определение изомеру.
Определите изомерное соотношение между парой молекул.
Определите хиральные центры в молекуле.
Опишите различные типы изомеров.

Одним из интересных аспектов органической химии является то, что она трехмерна. Молекула может иметь форму в пространстве, которая может влиять на ее свойства. Молекулы могут отличаться по способу расположения атомов — одна и та же комбинация атомов может быть собрана более чем одним способом. Эти соединения известны как изомеры . Изомеры – это молекулы с одинаковыми молекулярными формулами, но разным расположением атомов. Существует несколько различных типов изомеров, которые будут описаны, и блок-схема (см. рисунок ниже) может помочь вам определить, какие типы изомеров присутствуют.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Блок-схема изомера.

Конформационные изомеры

Конформационные изомеры , также известные как конформеры, отличаются друг от друга вращением вокруг одинарной связи. Вращения происходят свободно вокруг одиночных углерод-углеродных связей. В отличие от двойных и тройных связей, которые «заперты» в своей ориентации, у одинарных таких ограничений нет.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Конформационные изомеры пентана.

Структурные изомеры

А структурный изомер , также известный как структурный изомер, представляет собой изомер, в котором два или более органических соединения имеют одинаковые молекулярные формулы, но разные структуры. Две приведенные ниже молекулы имеют одинаковую химическую формулу, но представляют собой разные молекулы, поскольку различаются расположением метильной группы.

Алкены также могут демонстрировать структурную изомерию. В алкенах существует несколько структурных изомеров в зависимости от того, где в цепи возникает двойная связь. Об этом свидетельствуют сокращенные структурные формулы 1-бутена и 2-бутена.

Число в названии алкена относится к углероду с наименьшим номером в цепи, который является частью двойной связи.

Стереоизомеры

Стереоизомеры имеют одинаковую связность в своих атомах, но другое расположение в трехмерном пространстве. Существуют различные классификации стереоизомеров в зависимости от того, насколько расположение отличается друг от друга. Обратите внимание, что в структурных изомерах была некоторая разница в соединении атомов. Например, 1-бутен имеет двойную связь, за которой следуют две одинарные связи, а 2-бутен имеет одинарную связь, затем двойную связь, затем одинарную связь. Стереоизомер будет иметь одинаковую связь между всеми атомами в молекуле.

Геометрические изомеры

С молекулой, такой как 2-бутен, можно наблюдать другой тип изомерии, называемый геометрической изомерией. Геометрические изомеры — это изомеры, в которых порядок связывания атомов одинаков, но расположение атомов в пространстве различно. Двойная связь в алкене не может свободно вращаться из-за природы связи. Следовательно, есть два разных способа построения молекулы 2-бутена (см. рисунок ниже). На изображении ниже показаны два геометрических изомера, называемые 9.1130 цис -2-бутен и транс -2-бутен.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): 2-бутен

Цис-изомер имеет два одиночных атома водорода на одной стороне молекулы, тогда как транс-изомер имеет их на противоположных сторонах молекулы. В обеих молекулах порядок связи атомов одинаков. Для существования геометрических изомеров в молекуле должна быть жесткая структура, предотвращающая свободное вращение вокруг связи. Это происходит с двойной связью или кольцом. Кроме того, каждый из двух атомов углерода должен иметь две разные присоединенные группы, чтобы были геометрические изомеры. Пропен (см. рисунок ниже) не имеет геометрических изомеров, потому что к одному из атомов углерода (крайний слева), участвующему в двойной связи, присоединены два одиночных атома водорода.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Пропен не имеет геометрического изомера.

Физические и химические свойства геометрических изомеров обычно различны. Как и алкены, алкины проявляют структурную изомерию, начиная с 1-бутина и 2-бутина. Однако у алкинов нет геометрических изомеров, потому что есть только одна другая группа, связанная с атомами углерода, участвующими в тройной связи.

Оптические изомеры

Стереоизомеры, не являющиеся геометрическими изомерами, известны как оптические изомеры. Оптические изомеры отличаются расположением замещенных групп вокруг одного или нескольких атомов молекулы. Они получили свое название из-за взаимодействия с плоскополяризованным светом. Оптические изомеры называются энантиомерами или диастереомерами.

Энантиомеры представляют собой не накладываемые друг на друга зеркальные изображения. Типичным примером пары энантиомеров являются ваши руки. Ваши руки — зеркальные отражения друг друга, но как бы вы ни поворачивали, ни крутили, ни вращали руки, они не накладываются друг на друга.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): две модели, которые являются зеркальными отображениями и накладываются друг на друга. Поскольку они накладываются друг на друга, они представляют собой одну и ту же молекулу, а не изомеры. Эти пары молекул называются энантиомерами.

Объекты, которые не накладываются друг на друга, называются хиральными . При исследовании молекулы атомы углерода с четырьмя уникальными присоединенными группами считаются хиральными. Посмотрите на рисунок ниже, чтобы увидеть пример хиральной молекулы. Обратите внимание, что мы должны смотреть дальше первого атома, присоединенного к центральному атому углерода. Четыре круга обозначают четыре уникальные группы, присоединенные к центральному атому углерода, который является хиральным.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): К хиральному углероду присоединены четыре уникальные группы.

Другим типом оптических изомеров являются диастереомеры , которые представляют собой незеркальные оптические изомеры. Диастереомеры имеют различное расположение вокруг одного или нескольких атомов, в то время как некоторые атомы имеют одинаковое расположение. Как показано на рисунке ниже, обратите внимание, что ориентация групп на первом и третьем атомах углерода различна, но второй остается прежним, поэтому они не являются одной и той же молекулой. Сплошной клин указывает на группу, выходящую из страницы/экрана по направлению к вам, а пунктирная линия указывает на то, что группа уходит от вас «за» страницей/экраном.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Диастереомеры отличаются одним или несколькими атомами. Эти молекулы не являются зеркальными отражениями и не накладываются друг на друга. Они являются оптическими изомерами, потому что имеют одинаковую связь между атомами, но другое расположение замещающих групп.

Эпимеры представляют собой подгруппу диастереомеров, которые различаются только в одном месте. Все эпимеры являются диастереомерами, но не все диастереомеры являются эпимерами.

Рисунок \(\PageIndex{9}\): Эпимеры имеют различное расположение вокруг одного атома, в то время как расположение вокруг других атомов такое же. Рисунок \(\PageIndex{10}\): Схема, показывающая разделение стереоизомеров (также известны как оптические изомеры).

участников и авторство

Эта страница под названием 5.1: Изомеры распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Фондом CK-12.

ЛИЦЕНЗИЯ ПОД

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Фундамент CK-12
Лицензия
СК-12
Показать страницу Оглавление
№ на стр.