Учебник Органическая химия Щеголев 2016
.pdfА. Е. Щеголев
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
А.Е. Щеголев
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Рекомендуется (2008 г.) Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качест-
ве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям: 060108 (040500) – Фармация, 060112 (040800) – Медицинская биохимия
Издание переработанное
2016
2
УДК 547 (075.8)
ББК 24.2я73 Щ 341
Рецензенты: д-р хим. наук, профессор М.С. Юсубов (Сибирский государственный медицинский университет);
д-р хим. наук, профессор Б.А. Ивин (Санкт-Петербургская государственная химикофармацевтическая академия)
Щеголев А.Е.
Щ 341 Органическая химия: Учеб. пос.– СПб.: , 2016. – 679 с.: ил.
ISBN 978-5-86279-169-3
В пособии систематически описаны органические соединения по классам. Дано представление об их строении и реакционной способности. Отражено современное состояние представлений об основных типах механизмов химических реакций в органической химии.
Данное издание призвано ознакомить читателей с основными законами органической химии, дать представление о принципах построения многих природных соединений. В книге даются методические предпосылки для самостоятельной работы, для чего учебный материал изложен в виде логически обоснованных схем. Поэтому в отличие от большинства аналогичных изданий химические свойства веществ того или иного класса рассматриваются в непосредственной связи с электронным и пространственным строением. Особое построение курса способствует не столько запоминанию, сколько пониманию сущности процессов и позволяет применять имеющиеся уже знания при изучении нового материала.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Фармация» «Химическая технология» и «Биотехнология». Может быть использовано студентами, обучающимися по специальностям химического и биологического профиля.
УДК 547 (075.8)
ББК 24.2я73
ISBN 978-5-86279-169-3 |
|
Щеголев А.Е., 2016 |
|
3 |
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
ПРЕДИСЛОВИЕ |
18 |
ВВЕДЕНИЕ. Органическая химия как естественно-научная дисципли20 на
22
Глава 1. ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1.1.УЧЕНИЕ А.М. БУТЛЕРОВА
1.2.ТЕОРИЯ ГИБРИДИЗАЦИИ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ
1.3.КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ
1.3.1.Образование ковалентных связей атомами углерода
1.3.2.Свойства ковалентной связи
1.3.3.Водородные связи
1.4.ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СМЕЩЕНИЙ
1.5.КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1.5.1.Заместительная (систематическая) номенклатура
1.5.2.Радикало-функциональная номенклатура
1.5.3.«а»-Номенклатура (заменительная номенклатура)
1.5.4.Рациональная номенклатура
1.6.ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О КИСЛОТНО-ОСНÓВНЫХ СВОЙСТВАХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1.7.ОСНОВЫ СТЕРЕОХИМИИ
1.7.1.Оптическая изомерия
1.7.2.Геометрическая изомерия
1.7.3.Конформационная изомерия
1.8.КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ПОНЯТИЕ О МЕХАНИЗМЕ РЕАКЦИЙ. РАСТВОРИТЕЛИ И КАТАЛИЗАТОРЫ
1.9.МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ
1.10ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ДЕЙСТВИИ И МЕТАБОЛИЗМЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Вопросы и упражнения
Глава 2. АЛКАНЫ
2.1.НОМЕНКЛАТУРА. ИЗОМЕРИЯ
2.2.СТРОЕНИЕ
2.3.ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
4
22
23
27
27
29
31
33
38
40
48
49
51
54
60
60
67
68
71
76
79
81
83
83
86
87
2.4. |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
89 |
|
2.4.1. Реакции радикального замещения |
89 |
|
2.4.2. Реакции дегидрирования и разложения |
95 |
|
2.4.3. Реакции изомеризации |
96 |
2.5. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ |
97 |
|
2.6. ПРИМЕНЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ |
100 |
|
Вопросы и упражнения |
101 |
|
Глава 3. ПРОИЗВОДНЫЕ АЛКАНОВ |
103 |
|
3.1. |
ОБЩНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ |
103 |
|
3.1.1. Реакции нуклеофильного замещения |
104 |
|
3.1.2. Реакции отщепления (элиминирования) |
111 |
3.2. |
ГАЛОГЕНАЛКАНЫ |
117 |
|
3.2.1. Классификация, номенклатура, изомерия |
117 |
|
3.2.2. Строение и свойства |
118 |
|
3.2.2.1. Примеры реакций нуклеофильного замещения |
119 |
|
3.2.2.2. Пример реакции отщепления |
122 |
|
3.2.2.3. Радикальные реакции |
123 |
|
3.2.3. Способы получения |
125 |
|
3.2.4. Полигалогеналканы |
125 |
|
3.2.5. Физиологическая роль и важнейшие представители |
127 |
3.3. |
НАСЫЩЕННЫЕ СПИРТЫ |
129 |
|
3.3.1. Классификация, номенклатура, изомерия |
129 |
|
3.3.2. Строение и физические свойства |
131 |
|
3.3.3. Химические свойства |
131 |
|
3.3.3.1. Примеры реакций нуклеофильного замещения. |
132 |
|
3.3.3.2. Пример реакции отщепления |
133 |
|
3.3.3.3. Кислотно-оснόвные свойства |
134 |
|
3.3.3.4. Нуклеофильность |
135 |
|
3.3.3.5. Реакции окисления и восстановления |
136 |
|
3.3.4. Способы получения |
137 |
|
3.3.5. Многоатомные спирты |
138 |
|
3.3.6. Физиологическое действие |
141 |
|
3.3.7. Важнейшие представители |
142 |
3.4. |
ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ |
143 |
|
3.4.1. Номенклатура и изомерия |
143 |
|
3.4.2. Физические и химические свойства |
144 |
|
3.4.3. Способы получения |
147 |
|
3.4.4. Циклические простые эфиры |
147 |
|
3.4.4.1. Особенности строения и свойств 1,2- |
|
|
эпоксисоединений (оксиранов) |
148 |
|
5 |
|
|
3.4.4.2. Способы получения 1,2-эпоксисоединений |
150 |
|
3.4.4.3. Краун-эфиры |
151 |
|
3.4.5. Физиологическая роль и важнейшие представители |
153 |
3.5. |
ЭФИРЫ МИНЕРАЛЬНЫХ КИСЛОТ |
154 |
|
3.5.1. Эфиры серной кислоты |
154 |
|
3.5.2. Эфиры фосфорной кислоты |
156 |
3.6. |
ТИОСПИРТЫ И ТИОЭФИРЫ |
157 |
3.7. |
НАСЫЩЕННЫЕ АМИНЫ |
159 |
|
3.7.1. Классификация, номенклатура, изомерия |
160 |
|
3.7.2. Физические свойства |
161 |
|
3.7.3. Строение и химические свойства |
162 |
|
3.7.3.1. Кислотность |
162 |
|
3.7.3.2. Основность |
163 |
|
3.7.3.3. Нуклеофильность |
163 |
|
3.7.3.4. Расщепление солей аммония |
164 |
|
3.7.3.5. Взаимодействие с азотистой кислотой |
165 |
|
3.7.3.6. Изонитрильная реакция |
166 |
|
3.7.3.7. Окисление |
167 |
|
3.7.4. Способы получения |
167 |
|
3.7.5. Физиологическая роль и важнейшие представители |
169 |
3.8. |
НИТРОАЛКАНЫ |
171 |
|
3.8.1. Строение |
171 |
|
3.8.2. Свойства |
172 |
|
3.8.2.1. Кислотность |
172 |
|
3.8.2.2. Нуклеофильные свойства |
173 |
|
3.8.2.3. Реакции восстановления |
174 |
|
3.8.2.4. Реакции гидролиза |
175 |
|
3.8.3. Способы получения |
176 |
|
3.8.4. Физиологическое действие и важнейшие представители |
176 |
3.9.КРЕМНИЙ-, ФОСФОР- И МЫШЬЯКОРГАНИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ |
176 |
3.9.1. Кремнийорганические соединения |
177 |
3.9.2. Фосфорорганические соединения |
180 |
3.9.3. Мышьякорганические соединения |
184 |
Вопросы и упражнения |
185 |
Глава 4. НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ |
188 |
4.1. ОБЩНОСТЬ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ |
188 |
4.1.1. Реакции электрофильного присоединения |
189 |
4.1.2. Реакции радикального присоединения |
192 |
4.1.3. Реакции радикального замещения |
193 |
6 |
|
|
4.1.4. Другие реакции |
194 |
|
4.1.4.1. Изомеризация |
194 |
|
4.1.4.2. Полимеризация |
195 |
|
4.1.4.3. Окисление |
195 |
|
4.1.4.4. Комплексообразование и гидрирование |
199 |
|
4.1.4.5. Гидроформилирование |
200 |
4.2. |
ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ |
201 |
|
4.2.1. Номенклатура, изомерия |
201 |
|
4.2.2. Физические свойства |
203 |
|
4.2.3. Химические свойства |
203 |
|
4.2.3.1. Реакции электрофильного присоединения |
203 |
|
4.2.3.2. Реакции радикального присоединения |
207 |
|
4.2.3.3. Реакции радикального замещения |
208 |
|
4.2.3.4. Изомеризация |
208 |
|
4.2.3.5. Реакции нуклеофильного присоединения |
208 |
|
4.2.3.6. Теломеризация |
209 |
|
4.2.3.7. Взаимодействие с солями платины |
209 |
|
4.2.4. Способы получения |
210 |
|
4.2.5. Физиологическое действие и важнейшие представители |
210 |
4.3. |
ДИЕНОВЫЕ (И ПОЛИЕНОВЫЕ) |
|
|
УГЛЕВОДОРОДЫ |
211 |
|
4.3.1. Классификация, номенклатура |
212 |
|
4.3.2. Особенности строения и свойств алленов |
213 |
|
4.3.3. Строение и свойства сопряжѐнных диенов |
214 |
|
4.3.4. Особенности химического поведения диенов с изолиро- |
|
|
ванными двойными связями |
219 |
|
4.3.5. Способы получения |
220 |
|
4.3.6. Важнейшие представители |
220 |
4.4. |
АЦЕТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ |
221 |
|
4.4.1. Номенклатура, изомерия |
221 |
|
4.4.2. Особенности строения и свойств |
222 |
|
4.4.3. Способы получения |
226 |
|
4.4.4. Физиологическое действие и важнейшие представители |
227 |
Вопросы и упражнения |
228 |
|
Глава 5. ПРОИЗВОДНЫЕ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ |
|
|
|
УГЛЕВОДОРОДОВ |
230 |
5.1. ОБЩНОСТЬ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ |
230 |
|
|
5.1.1. Классификация |
230 |
|
5.1.2. Субстраты винильного типа |
231 |
|
5.1.3. Субстраты аллильного типа |
232 |
5.2. |
ГАЛОГЕНАЛКЕНЫ |
234 |
|
7 |
|
|
5.2.1. Винилгалогениды |
234 |
|
|
5.2.2. Аллилгалогениды |
234 |
|
|
5.2.3. Способы получения |
235 |
|
|
5.2.4. Важнейшие представители |
235 |
|
5.3. НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ СПИРТЫ И ЭФИРЫ |
236 |
||
|
5.3.1. Виниловый спирт и его эфиры |
236 |
|
|
5.3.2. Аллиловый и пропаргиловый спирты |
238 |
|
|
5.3.3. Способы получения |
239 |
|
|
5.3.4. Важнейшие представители |
239 |
|
Вопросы и упражнения |
239 |
||
Глава 6. АЛИФАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫ, КЕТОНЫ |
|
||
|
И КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ |
241 |
|
6.1. НАСЫЩЕННЫЕ АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ |
241 |
||
|
6.1.1. Изомерия, номенклатура |
242 |
|
|
6.1.1.1. Номенклатура альдегидов |
242 |
|
|
6.1.1.2. Номенклатура кетонов |
242 |
|
|
6.1.2. Строение карбонильной группы |
243 |
|
|
6.1.3. Физические свойства |
244 |
|
|
6.1.4. Химические свойства. |
244 |
|
|
6.1.4.1. Реакции нуклеофильного присоединения |
245 |
|
|
6.1.4.2. Реакции замещения в радикале |
257 |
|
|
6.1.4.3. Реакции окисления–восстановления |
258 |
|
|
6.1.5. Способы получения |
262 |
|
|
6.1.6. Физиологическая роль |
263 |
|
|
6.1.7. Важнейшие представители |
263 |
|
|
НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ |
||
6.2. |
264 |
||
6.2.1. Кетен |
|||
|
265 |
||
|
6.2.2. Непредельные карбонильные соединения |
||
|
|
||
|
с сопряжѐнными -связями |
266 |
|
|
6.2.3. Важнейшие представители |
268 |
|
6.3. ДИКАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ |
269 |
||
|
6.3.1. -Дикарбонильные соединения |
269 |
|
|
6.3.2. -Дикарбонильные соединения |
270 |
|
|
6.3.3. Важнейшие представители. |
272 |
|
|
|
||
6.4. НАСЫЩЕННЫЕ МОНОКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ |
|
||
|
ПРОИЗВОДНЫЕ |
273 |
|
|
6.4.1. Номенклатура |
274 |
|
|
6.4.2. Строение функциональной группы |
276 |
|
|
6.4.3. Физические свойства |
278 |
|
|
6.4.4. Химические свойства |
278 |
|
|
6.4.4.1. Кислотно-оснόвные свойства |
279 |
|
|
8 |
|
|
6.4.4.2. Реакции нуклеофильного замещения |
280 |
6.4.4.3. Реакции с участием -водородных атомов |
288 |
6.4.4.4. Декарбоксилирование кислот и их солей |
289 |
6.4.4.5. Перегруппировка амидов по Гофману |
290 |
6.4.4.6. Дегидратация амидов |
291 |
6.4.4.7. Нуклеофильное присоединение к нитрилам |
291 |
6.4.4.8. Восстановление сложных эфиров по Буво Блану |
292 |
6.4.5. Способы получения |
292 |
6.4.6. Пероксикарбоновые кислоты и ацилпероксиды |
294 |
6.4.7. Физиологическая роль и важнейшие представители |
296 |
6.5.НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ МОНОКАРБОНОВЫЕ
|
КИСЛОТЫ |
299 |
|
6.5.1. Номенклатура, изомерия |
300 |
|
6.5.2. Строение |
302 |
|
6.5.3. Химические свойства |
302 |
|
6.5.3.1. Кислотность |
302 |
|
6.5.3.2. Реакции присоединения |
302 |
|
6.5.3.3. Реакции радикального замещения |
303 |
|
6.5.4. Способы получения |
303 |
|
6.5.5. Физиологическая роль и важнейшие представители |
304 |
|
6.5.6. Омыляемые липиды |
305 |
6.6. |
ДИКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ |
|
|
ПРОИЗВОДНЫЕ |
309 |
|
6.6.1. Особенности химического поведения |
310 |
|
6.6.1.1. Кислотность |
310 |
|
6.6.1.2. Отношение к нагреванию |
312 |
|
6.6.1.3. Свойства циклических ангидридов и имидов |
313 |
|
6.6.1.4. Конденсация малоновой кислоты с альдегидами |
315 |
|
6.6.2. Малоновый эфир и синтезы на его основе |
315 |
|
6.6.3. Способы получения |
319 |
|
6.6.4. Важнейшие представители |
320 |
6.7. |
ГИДРОКСИКИСЛОТЫ |
321 |
|
6.7.1. Классификация, номенклатура, изомерия |
321 |
|
6.7.2. Химические свойства |
323 |
|
6.7.2.1. Кислотность |
323 |
|
6.7.2.2. Свойства карбоновых кислот и спиртов |
324 |
|
6.7.2.3. Отношение к нагреванию |
324 |
|
6.7.3. Способы получения |
326 |
|
6.7.4. Физиологическая роль и важнейшие представители |
326 |
6.8. |
ОКСОКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ |
328 |
|
6.8.1. Особенности химического поведения |
329 |
|
6.8.2. Ацетоуксусный эфир и синтезы на его основе |
330 |
|
9 |
|
|
6.8.3. Способы получения |
335 |
|
6.8.4. Важнейшие представители |
335 |
6.9. |
АМИНОКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ. ПЕПТИДЫ |
336 |
|
6.9.1. Классификация, номенклатура, изомерия аминокислот |
336 |
|
6.9.2. Строение, физические и химические свойства |
339 |
|
6.9.2.1. Кислотно-оснόвные свойства |
339 |
|
6.9.2.2. Свойства карбоновых кислот и аминов |
341 |
|
6.9.2.3. Реакции с одновременным участием карбоксиль- |
|
|
ной и аминогрупп. |
342 |
|
6.9.3. Способы получения аминокислот |
345 |
|
6.9.4. Важнейшие представители аминокислот |
347 |
|
6.9.5. Пептиды |
347 |
|
6.9.5.1. Строение, номенклатура |
348 |
|
6.9.5.2. Свойства, способы установления структуры |
349 |
|
6.9.5.3. Химический синтез |
350 |
Вопросы и упражнения |
352 |
|
Глава 7. УГЛЕВОДЫ |
355 |
|
7.1. |
МОНОСАХАРИДЫ |
355 |
|
7.1.1. Изомерия, номенклатура |
356 |
|
7.1.2. Химические свойства |
362 |
|
7.1.2.1. Реакции открыто-цепных форм |
362 |
|
7.1.2.2. Реакции циклических форм |
366 |
|
7.1.2.3. Реакции дегидратации |
369 |
|
7.1.2.4. Реакции удлинения и укорочения углеродной |
|
|
цепи |
369 |
|
7.1.3. Важнейшие представители моносахаридов и их |
|
|
производных |
371 |
7.2. |
ОЛИГОСАХАРИДЫ |
375 |
|
7.2.1. Классификация и номенклатура дисахаридов |
376 |
|
7.2.2. Химические свойства дисахаридов |
378 |
|
7.2.3. Важнейшие представители дисахаридов |
380 |
7.3. |
ПОЛИСАХАРИДЫ |
381 |
|
7.3.1. Целлюлоза |
382 |
|
7.3.2. Амилоза и амилопектин |
384 |
|
7.3.3. Гликоген |
385 |
|
7.3.4. Декстраны |
386 |
|
7.3.5. Хитин |
386 |
|
7.3.6. Пектовая кислота |
387 |
|
7.3.7. Гетерополисахариды |
388 |
Вопросы и упражнения |
390 |
|
|
10 |
|