В.Ю. Орлов, А.И. Русаков
Органическая химия
Учебное пособие
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальностям
Биология, Экология, Прикладная информатика в химии
Ярославль 2007
УДК 547(075.8)
ББК Г2я73
К 73
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. <...> Т.С. Красотина, канд. хим. наук,
доц. кафедры агрохимии и почвоведения ЯГСХА
К 73
Котов, А.Д. Органическая химия : учеб. пособие
/ А.Д. Котов, Г.С. Миронов, В.Ю. Орлов, А.И. Русаков ;
Яросл. гос. ун-т. <...> Атомы углерода способны соединяться, образуя линейные, разветвленные и замкнутые цепи. <...> Это влияние заключается в смещении электронной плотности от
одних атомов к другим. <...> Однако, если атомы не связаны непосредственно между
собой, они испытывают взаимное влияние через другие атомы –
происходит поляризация молекулы, или окружающую среду –
эффект поля. <...> А• + •В → А••В
Разновидность ковалентной связи – координационная связь
(донорно-акцепторная):
H3N: + H+ → NH4+
6
Аммиак – донор, предоставляет электронную пару, катион
водорода – акцептор, предоставляет вакантную орбиталь. <...> Например, величина D для процесса Н2О → НO + Н составляет
118 ккал/моль. <...> Однако эту величину нельзя принять за энергию
связи О—Н в молекуле воды, поскольку для процесса
Н—О → Н + О D= 100 ккал/моль. <...> Энергия связи (Е) рассчитывается как среднее этих двух величин и равна 109 ккал/моль. <...> Так, для метана полная энергия превращения СН4 → С + 4Н
составляет при 0 К 393 ккал/моль. <...> Двойные связи короче и прочнее, чем соответствующие
одинарные связи, но прочность их не вдвое больше, так как перекрывание π-орбиталей меньше, чем перекрывание σ-орбиталей. <...> Эти графики служат трехмерным изображением электронной плотности и называются орбиталями или электронными
облаками. <...> Типы орбиталей, наиболее широко распространенных
в атомах органических соединений: а) s-орбиталь, б) p-орбитали
Каждая р-орбиталь имеет узловую область, вероятность нахождения <...>
Органическая_химия_Учебное_пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
А.Д. Котов, Г.С. Миронов,
В.Ю. Орлов, А.И. Русаков
Органическая химия
Учебное пособие
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальностям
Биология, Экология, Прикладная информатика в химии
Ярославль 2007
Стр.1
УДК 547(075.8)
ББК Г2я73
К 73
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2007 года
Рецензенты:
кафедра органической химии ЯГТУ;
Т.С. Красотина, канд. хим. наук,
доц. кафедры агрохимии и почвоведения ЯГСХА
Котов, А.Д. Органическая химия : учеб. пособие
К 73
/ А.Д. Котов, Г.С. Миронов, В.Ю. Орлов, А.И. Русаков ;
Яросл. гос. ун-т. – Ярославль: ЯрГУ, 2007. – 216 с.
ISBN 978-5-8397-0575-3
Рассматриваются современное состояние теории
строения органических соединений, методы установления
структуры органических молекул, основные классы органических
соединений и их реакционная способность.
Имеются вопросы для самоконтроля.
Пособие составлено в соответствии с учебной программой
курса «Органическая химия» (блок ЕН) и предназначено
для студентов, обучающихся по специальностям
Биология, Экология и Прикладная информатика в химии.
Рис. 27. Табл. 2. Библиогр.: 7 назв.
УДК 547(075.8)
ББК Г2я73
© Ярославский государственный
университет, 2007
ISBN 978-5-8397-0575-3
© А.Д. Котов, Г.С. Миронов,
В.Ю. Орлов, А.И. Русаков, 2007
2
Стр.2
Введение
С древних времен люди использовали природные органические
вещества и получали из них различные продукты (спиртные
напитки, уксус, красители, эфирные масла, сахар и т.д.). Основными
методами переработки были перегонка, перегонка с водяным
паром, кристаллизация. Затем люди научились видоизменять
эти вещества. Стала зарождаться наука химия.
Начало XIX века ознаменовалось открытием основных химических
законов, созданием химического языка (Дальтон, Берцелиус),
атомистической теории и т.д. Именно в это время органическая
химия зарождается как самостоятельная наука (название
дал Берцелиус).
Выделение органической химии в отдельную науку сохранилось
и в наше время, и ее современное определение – химия
соединений углерода. Выделение в самостоятельную науку обусловлено
большим числом и многообразием соединений углерода,
наличием специфических свойств у них. Одним из центральных
понятий является связь структура – свойства, что отражается
в предсказательной силе данных по тонкой структуре органических
соединений.
В настоящем пособии отражено современное состояние органической
химии как неразделимой связи структуры и свойств
органических соединений.
3
Стр.3
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 3
1. СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ .................................. 4
1.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ ............................................................................................ 4
1.2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ .......................................................................................... 22
1.2.1. Атомная эмиссионная спектроскопия ........................................ 23
1.2.2. Электронная спектроскопия (ультрафиолетовая и видимая
области спектра) ............................................................................. 24
1.2.3. Методы колебательной спектроскопии ..................................... 28
1.2.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ....................... 34
1.2.5. Метод электронного парамагнитного резонанса ..................... 41
1.2.6. Метод масс-спектрометрии ........................................................ 44
1.3. НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ...................................... 47
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 48
2. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ ....................................................................................... 50
2.1. СВЯЗЬ СТРУКТУРА – СВОЙСТВА ............................................................... 50
2.2. МЕХАНИЗМЫ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ .................................................. 55
2.3. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ИНТЕРМЕДИАТОВ ........................................................ 60
2.4. КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ............................... 62
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 67
3. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
И ИХ РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ........................................ 68
3.1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ, ПАРАФИНЫ) ........................... 68
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 73
3.2. ЦИКЛОАЛКАНЫ (ЦИКЛОПАРАФИНЫ, ПОЛИМЕТИЛЕНЫ, ЦИКЛАНЫ) ........ 75
3.3. ЗАМЕЩЕННЫЕ АЛКАНЫ И ЦИКЛОАЛКАНЫ С ГЕТЕРОАТОМНОЙ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГРУППОЙ ................................................................. 78
3.3.1. Галогенпроизводные ациклических углеводородов ..................... 78
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 80
3.3.2. Моно- и полиатомные спирты с алифатическим радикалом . 82
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 87
3.3.3. Монотиолы с алифатическим радикалом .................................. 88
3.3.4. Алифатические амины .................................................................. 88
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ................................................................................ 90
3.4. НЕНАСЫЩЕННЫЕ СИСТЕМЫ. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО
СТРОЕНИЯ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ. СВОЙСТВА .......................... 91
215
Стр.215
3.4.1. Этиленовые углеводороды (алкены, олефины) ........................... 91
3.4.2. Диеновые углеводороды (алкадиены) ........................................... 97
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 103
3.4.3. Ароматические углеводороды .................................................... 104
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 120
3.4.4. Углеводороды с тройной связью ................................................ 121
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 127
3.4.5. Ненасыщенные системы с гетероатомами ............................. 128
3.4.5.1. Оксосоединения. Альдегиды и кетоны ........................................ 128
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 133
3.4.5.2. Карбоновые кислоты и их производные ................................ 134
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 147
3.4.5.3. Ароматические гетероциклические соединения .................. 149
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 159
3.5. ФУНКЦИОНАЛИЗОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ................. 160
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 169
3.6. УГЛЕВОДЫ ............................................................................................. 171
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ .............................................................................. 185
3.7. ПОЛИМЕРЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ. СТРОЕНИЕ. ПОЛУЧЕНИЕ. СВОЙСТВА 186
3.8. ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ..................................................................... 191
3.9. ХИМИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ
ПРЕПАРАТОВ ......................................................................................... 202
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 214
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................... 214
Учебное издание
Котов Александр Дмитриевич, Миронов Герман Севирович
Орлов Владимир Юрьевич, Русаков Александр Ильич
Органическая химия
Учебное пособие
Редактор, корректор А.А. Аладьева
Компьютерная верстка И.Н. Ивановой
Подписано в печать 14.11.2007. Формат 60х84/16. Бумага тип.
Усл. печ. л. 12,54. Уч.-изд. л. 9,7. Тираж 150 экз. Заказ
Оригинал-макет подготовлен в редакционно-издательском отделе ЯрГУ.
Ярославский государственный университет
150000 Ярославль, ул. Советская, 14
Отпечатано ООО «Ремдер» ЛР ИД № 06151 от 26.10.2001.
г. Ярославль, пр. Октября, 94, оф. 37 тел. (4852) 73-35-03, 58-03-48, факс 58-03-49.
216
Стр.216