2. ОРГАНИЧЕСКАЯ_ХИМИЯ_В_СХЕМАХ_И_РИСУНКАХ
.pdfГосударственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
В
СХЕМАХ И РИСУНКАХ
Учебное пособие для студентов 2 курса (3, 4 семестры)
(очной формы обучения) для студентов 2 и 3 курсов (заочной формы обучения)
по дисциплине С2.Б.7 – «Органическая химия»
Пятигорск, 2011
УДК. 547(076)
Печатается по решению ЦМС Пятигорской государственной фармацевтической академии. Протокол №7 от 02.04.2003 г.
Коллектив авторов. Органическая химия в схемах и рисунках. Для студентов фармацевтических ВУЗ-ов. Пятигорск, ПятГФА, 2003, 101 с.
Авторы: Андреева О.А. (глава 1, 2, 4, 5) Бутенко Л.И. (глава 6) Оганесян Э.Т. (глава 2, 6) Смирнова Л.П. (глава 2, 3, 7)
Общая редакция: Зав. кафедрой, профессор Оганесян Э.Т.
Но основе действующей программы по органической химии для фармвузов создано пособие, позволяющее в сжатой и доступной форме получить сведения о строении, способах получения и реакционной способности важнейших классов органичеких соединений.
Рецензенты: профессор Компанцев В.А., доцент Саушкина А.С.
Редакционный совет:
Беликов В.Г. (отв. редактор) – проф. д.ф.н.; Вергейчик Е.Н. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Погорелов В.И. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Муравьева Д.А. – проф., д.ф.н.; Гаевый М.Д. – проф., д.м.н.; Гацан В.В. – проф., д.ф.н.
Карпова В.В.; Браташова Т.М. (отв. секретарь)
2
Оглавление |
|
Предисловие............................................................................................................. |
4 |
1. Основы классификации и номенклатуры органических соединений.................... |
5 |
1.1Классификация и основные разновидности номенклатуры
органических соединений ......................................................................................... |
5 |
|
1.2 |
Заместительная номенклатура углеводородов .............................................. |
5 |
1.3Заместительная номенклатура функциональных производных
углеводородов ......................................................................................................... |
10 |
|
1.4 |
Радикало-функциональная номенклатура .................................................... |
13 |
2. Строение углеводородов и прогнозирование их реакционной |
|
|
способности.................................................................................................................... |
13 |
|
2.1 |
Понятие о гибридизации................................................................................. |
13 |
2.2sp3-Гибридизация. Строение алканов. Прогнозирование
реакционной способности алканов ........................................................................ |
15 |
2.3Cтроение циклоалканов. Прогнозирование реакционной
способности циклоалканов ..................................................................................... |
17 |
2.4sp2-Гибридизация. Строение этилена. Прогнозирование
реакционной способности алкенов ........................................................................ |
18 |
2.5Строение бутадиена-1,3. Понятие о сопряжении. Влияние
сопряжения на реакционную способность бутадиена-1,3.................................... |
20 |
|
2.6 |
Строение бензола. Прогнозирование реакционной |
|
способности бензола. ............................................................................................. |
21 |
2.7sp-Гибридизация. Строение ацетилена и реакционная
|
способность алкинов............................................................................................... |
23 |
|
3. |
Электронное строение гетероциклических соединений. |
|
|
Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения............. |
25 |
||
|
3.1 |
Особенности строения sp2-гибридного атома азота .................................... |
25 |
|
3.2 |
Электронное строение пиридина................................................................... |
26 |
|
3.3 |
Электронное строение пиррола..................................................................... |
27 |
|
3.4 |
Электронное строение пиразола ................................................................... |
28 |
4. |
Изомерия органических соединений....................................................................... |
29 |
|
|
4.1 |
Виды изомерии................................................................................................ |
29 |
|
4.2 |
Свойства хиральных соединений .................................................................. |
32 |
|
4.3 |
Правила работы с проекционными формулами Фишера............................. |
32 |
5. |
Стереохимическая номенклатура ............................................................................ |
34 |
|
|
5.1 |
D-, L-система обозначений ............................................................................. |
34 |
|
5.2 |
R-,S-система обозначений ............................................................................. |
36 |
6. |
Классификация и механизмы органических реакций ........................................... |
40 |
|
|
6.1 |
Классификация реакций ................................................................................. |
40 |
|
6.2 |
Механизм реакций радикального замещения (SR) ....................................... |
42 |
|
6.3 |
Механизм реакций электрофильного замещения (SE ) ................................ |
43 |
|
6.4 |
Механизм реакции нуклеофильного замещения (SN) у |
|
|
sр3-гибридного атома углерода.............................................................................. |
44 |
|
|
6.5 |
Механизм реакций электрофильного присоединения (AdE) ........................ |
45 |
|
6.6 |
Механизм реакций нуклеофильного присоединения (AdN) .......................... |
46 |
7. |
Реакционная способность и способы получения органических веществ в |
|
|
схемах ............................................................................................................................. |
|
48 |
|
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Изучение органической химии в фармацевтических высших учебных заведениях ставит своей важнейшей целью формирование у студентов методического подхода к изучению взаимосвязи между строением молекул и их свойствами.
Обилие теоретического материала создает предпосылки для достижения этой цели, однако студенты зачастую испытывают острую необходимость в таком источнике информации, который позволил бы легко и быстро ответить на многие вопросы, связанные с изучением способов получения и реакционной способности органических соединений.
Настоящее учебное пособие как раз и призвано помочь студентам в сжатой и доступной форме получить сведения,
касающиеся строения и свойств важнейших классов органических соединений.
4
1. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ И НОМЕНКЛАТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1Классификация и основные разновидности номенклатуры органических соединений
Органическая химия - это химия углеводородов и их производных. Сейчас известно несколько миллионов органических соединений. Чтобы изучить такое громадное количество веществ, их разбивают на более мелкие группы - классы, в пределах которых соединения имеют сходство в строении, а значит и в химических свойствах.
Классифицировать органические вещества можно по разным признакам: I - по строению углеродной цепи они могут быть а) ациклические (уг-
леродные цепи не имеют циклов); б) циклические (углеродные цепи замкнуты в циклы);
II - по природе углерод-углеродных связей вещества делят на а) предельные (в молекулах только одинарные углерод-углеродные связи); б) непредельные (в молекулах есть двойные или тройные углерод-углеродные связи); в) ароматические (циклические соединения с особым типом связи (см.
стр. 21);
III - по наличию функциональных групп вещества относят к различным классам (важнейшие представлены в табл.1).
Номенклатура - это совокупность правил, позволяющих дать название каждому химическому соединению. Наибольшее значение имеет заместительная номенклатура; для производных углеводородов помимо заместительной часто используют радикало-функциональную номенклатуру. Для некоторых соединений применяют тривиальные (исторически сложившиеся) названия.
1.2 Заместительная номенклатура углеводородов
Углеводороды - это вещества, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода.
Чтобы дать название ациклическому углеводороду по заместительной номенклатуре надо:
1 . Выбрать родоначальную структуру, используя следующий порядок:
1)максимальное число кратных (двойных, тройных) связей;
2)максимальная длина цепи;
3)максимальное число заместителей (радикалов).
2*. Пронумеровать родоначальную структуру так, чтобы наименьшие значения (локанты) получили:
1)кратные связи;
2)углеводородные заместители.
Каждый последующий пункт действует при отсутствии предыдущего, или если предыдущий не дал однозначного ответа.
5
3 . Назвать все радикалы (см. табл.2)
4. Составить название согласно следующей схеме:
Приставка |
Корень |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание |
|
|
||||||||||||||||||||||||
Углеводородные |
Главная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-ан - алканы |
Цифры, |
|||||||||||||||||||||||||
заместители |
углеводородная |
|
|
|
-ен - алкены |
указывающие |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
по алфавиту |
цепь(родоначаль- |
|
|
|
-ин - алкины |
положения |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ная структура) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-диен - алкадиены |
кратных связей |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Например: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
H3C |
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH |
|
|
CH |
|
|
CH3 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
CH |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
3-этилгексан |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
5 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
H3C |
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
CH |
|
|
CH2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
3-метил-3-этилпентен-1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
9 |
|
|
5-8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
CH3 2 |
1 |
|
||||||||||||||||||
|
H3C |
|
(CH2) |
4 |
4C |
|
|
|
|
|
|
|
3C |
|
|
|
|
C |
|
CH |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C3H7 CH3 |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
3,3,4-триметил-4-пропилнонин-1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
H2C |
|
C |
|
CH |
|
CH2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
HC |
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2-изопропилбутадиен-1,3 или 2-(1-метилэтил)бутадиен-1,3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
Названия некоторых углеводородных заместителей |
||||
|
|
Формулы |
|
Названия |
|||
|
|
|
|
|
|
тривиальное, |
систематическое |
|
|
|
|
|
|
допускаемое |
|
|
|
|
|
|
|
ИЮПАК |
|
|
|
|
|
|
|
I. Aлкилы |
|
1. |
CH3- |
|
|
|
|
метил |
метил |
2. |
CH -CH - |
( C H - ) |
|
этил |
этил |
||
|
3 |
2 |
2 |
5 |
|
|
|
3. |
CH -CH -CH - |
( C H - ) |
пропил |
пропил |
|||
|
3 |
2 |
3 |
3 |
7 |
|
|
4. |
H3C |
CH |
|
|
|
изопропил |
1-метилэтил |
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
5. |
CH3-CH2-CH2-CH2- |
|
бутил |
н-бутил |
|||
6. |
H3C |
CH CH2 |
|
|
изобутил |
2-метилпропил |
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
7. |
H3C |
CH2 |
CH |
|
|
втор-бутил |
1-метилпропил |
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
8. |
|
CH3 |
|
|
|
трет-бутил |
1,1-диметилэтил |
|
H3C |
C |
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II Алкенилы |
|
9. |
H2C |
CH |
|
|
|
винил |
этенил |
10. |
H2C |
CH |
CH2- |
|
аллил |
пропен-2-ил |
|
|
|
|
|
|
|
III Алкинилы |
|
11. |
HC |
C |
|
|
|
не используется |
этинил |
12. |
HC |
C CH2- |
|
|
не используется |
пропин-2-ил |
|
|
|
|
|
|
|
IV Арилы |
|
13. |
|
|
|
|
|
фенил |
фенил |
|
|
|
(C6H5- ) |
|
|
||
14. |
|
|
|
|
|
о-толил |
2-метилфенил |
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
15. |
|
|
|
|
|
бензил |
фенилметил |
|
|
|
CH2 |
|
|
|
|
16. |
|
|
|
|
|
стирил |
2-фенилэтенил |
|
|
|
CH |
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
Для циклических углеводородов в качестве родоначальной структуры выбирают или цикл, или ациклическую углеводородную цепь, связанную с циклом. Нумерацию цикла в случае наличия заместителей производят от одного заместителя к другому так, чтобы локанты получили наименьшее значение.
4 |
|
3 |
|
CH2-CH2-CH3 |
|
|
|
|
|
CH C2H5 |
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
1 |
CH3 |
|
|
|
|
|
CH3 |
||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
втор-бутилбензол |
||||||||||
1-метил-2-пропилциклопентан |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для некоторых циклических углеводородов правила ИЮПАК допускают следующие тривиальные названия:
CH3 |
CH3 |
CH3 |
CH3 |
|
CH3 |
|
H3C |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
C CH3 |
||
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
орто-ксилол |
мета-ксилол |
|
CH3 |
|
|
|
||
|
|
|
пара-ксилол |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
толуол |
|
|
|
|
|
|
|
кумол |
|
|
|
|
ксилолы |
|
|
|
|
|
|
8 |
1 |
|
8 |
9 |
1 |
|
|
|
3 |
7 |
2 |
|
7 |
|
2 |
|
|
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
6 |
3 |
|
6 |
|
3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
6 |
|
|
||||
5 |
4 |
|
|
|
|
|
|||
|
5 |
10 |
4 |
|
|
|
|
||
нафталин |
|
|
|
|
|
||||
|
|
антрацен |
|
|
7 |
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
фенантрен |
||
CH3 |
|
|
|
|
|
|
12 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
13 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
15 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
14 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
декалин |
|
|
|
8 |
|
|
|
H3C C CH3 |
|
|
|
5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
3 |
7 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
H |
|
|
|
|
|
4 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ментан |
циклопентанпергидрофенантрен |
|
9
1.3Заместительная номенклатура функциональных производных углеводородов
Функциональные группы (Ф.Г.) - группы атомов неуглеродного |
||||||
характера, замещающие атомы водорода в углеводородной цепи и |
||||||
определяющие свойства (функцию) соединений. |
|
|
||||
Важнейшими функциональными группами являются: |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
Азотсодержащие |
Кислородсодержащие |
Серусодержащие |
||||
Формула |
Название |
Формула |
Название |
Формула |
Название |
|
-NO |
нитрозо- |
-OH |
гидрокси- |
|
|
|
-NO2 |
нитро- |
-OR |
алкокси- |
-SO3H |
сульфо- |
|
N |
нитрило- |
|
O |
оксо- |
-S- |
тио- |
-NH- |
имино- |
O |
|
карбонил- |
|
|
|
|
C |
|
|
RS- |
алкилтио- |
|
|
|
O |
карбоксил- |
|
|
-NH2 |
амино- |
C |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
карбамоил- |
|
|
-N=N- |
азо- |
C |
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
-NH-NH- |
гидразо- |
O |
|
галофор- |
|
|
|
|
C |
Hal |
мил- |
|
|
-C N |
циано- |
O |
|
алкокси- |
|
|
|
|
C |
O R' |
карбонил- |
|
|
По природе и количеству ФГ органические соединения делят на следую- |
||||||
щие группы: |
|
|
|
|
|
|
Функциональные производные углеводородов
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Монофункциональные |
|
Полифункциональные |
|
Гетерофункциональные |
|||||||||||||||||||
(содержат одну Ф.Г.) |
|
(содержат несколько |
|
(содержат разные Ф.Г.) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
одинаковых Ф.Г.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H3C |
|
CH2 |
CH2 |
OH |
|
HO |
|
CH2 |
CH2 |
CH2 |
OH |
|
HO |
|
CH2 |
CH2 |
CH2 |
NH2 |
|||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы дать название функциональным производным углеводородов надо: 1. Выбрать родоначальную структуру - углеводородную цепь, связанную:
1)с функциональной группой (для монофункциональных соединений);
2)с большим числом функциональных групп (для полифункциональных соединений);
10