Чемерис М.М., Люкшова Н.В., Мозуленко Л.М. Органическая химия.Часть 1

М.М.Чемерис Н.В.Люкшова

Л.М.Мозуленко

Органическая химия

(Курс лекций)

В 3-х частях

Барнаул 2003г.

2

УДК 547 (075.8)

Чемерис М.М., Люкшова Н.В., Мозуленко Л.М. Органическая химия.Часть 1:

Курс лекций под общей редакцией д.х.н., проф. Чемерис М.М./Алт.госуд. ун-т им.

И.И. Ползунова. Барнаул, 2003. – 169 с.

Курс лекций предназначен для студентов химических и технических специаль-

ностей, изучающих органическую

химию, в том числе для студентов направления

655500 – «Производство продуктов питания из пищевого сырья» по дистанционной

форме обучения.

Рекомендовано на заседании кафедры ТППиЭ

Протокол № 10 от 17 июня 2003 г.

Рецензент: Зав. кафедрой химии СГМУ г. Томск

д.х.н., проф. Юсубов М.С.

Учебное пособие разработано

по заказу УМО АлтГТУ, которое обладает экс-

клюзивным правом на его распространение.

По всем вопросам приобретения учебного пособия обращаться по адресу:

656099 Барнаул, пр. Ленина, 46, комн. 109

а

''Г''; тел. 36-78-36

3

М.М.Чемерис Н.В.Люкшова Л.М.Мозуленко

Органическая химия

(Курс лекций)

Часть 1.

1.Основы теории строения органических соединений

2.Физикохимические методы исследования органических

соединений

3.Углеводороды

Барнаул 2003г.

4

Содержание

Стр.

Введение

1.Основы теории строения органических соединений

1.1.Добутлеровские теории строения

1.2.Теория строения Бутлерова

1.3. Дальнейшее подтверждение учения о строении

органических соединений А.М. Бутлерова

1.4. Химическая связь в органических соединениях

1.5. Основы стереоизомерии

1.6. Электроотрицательность атомов, поляризация и

поляризуемость связи

1.7. Механизмы распределения электронной плотности

в молекулах органических соединений

1.8. Классификация реакций и реагентов

1.9. Устойчивость реакционноспособных частиц

2. Физико-химические методы исследования органических

соединений

2.1. Электронные спектры

2.2. Инфракрасные спектры

2.3. Протонный магнитный резонанс

3. Углеводороды

3.1. Предельные углеводороды

3.1.1. Изомерия

3.1.2. Номенклатура

3.1.3. Способы получения

3.1.4. Физические свойства предельных углеводородов

3.1.5. Химические свойства

3.2. Непредельные углеводороды с двойной связью

(алкены

) или этиленовые углеводороды

3.2.1. Номенклатура

3.2.2. Изомерия

3.2.3. Способы получения

3.2.4. Спектральные характеристики

3.2.5. Химические свойства

3.3 . Алкины или ацетиленовые углеводороды

3.3.1. Номенклатура

3.3.2. Изомерия

3.3.3. Способы получения

3.3.4. Спектральные характеристики

3.3.5. Химические свойства

6

8

10

12

13

31

33

34

49

54

59

61

64

66

77

78

81

84

91

92

93

95

96

109

110

111

5

3.4. Диеновые углеводороды (алкадиены)

3.4.1. Классификация диенов

3.4.2. Способы получения сопряженных диенов

3.4.3. Строение и особенности свойств сопряженных

диенов

3.5. Полимеризация ненасыщенных соединений

(алкенов, диенов)

3.5.1. Радикальная полимеризация

3.5.2. Катионная полимеризация

3.5.3. Анионная полимеризация

3.5.4. Особенности полимеризации сопряженных диенов.

Каучуки.

3.6. Ароматические углеводороды ( арены).

3.6.1. Ароматические свойства. Правило

Хюккеля.

3.6.2. Номенклатура и изомерия моноядерных аренов

3.6.3. Спектральные характеристики

3.6.4. Способы получения бензола и его гомологов

3.6.5. Реакции бензола и его гомологов

119

120

122

127

128

130

131

134

137

142

143

144

148

6

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость издания настоящего курса продиктована многими

причинами.

В свое время были изданы фундаментальные учебники и учебные

пособия по органической химии: Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А.

Начала органической химии - М.: Химия, 1969. (книга первая и вто-

рая); Робертс Дж., Кассерио М. Основы органической химии - М.:

Мир, 1978 (т.1 и т

.2); Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия - М.:

Мир, 1974; Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая

химия - М.: Высшая школа, 1981; Терней А. Современная органиче-

ская химия- М.: Мир, 1981 (т.1 и т.2). Однако период использования

большинства этих изданий перерос возраст обучающихся, а потому,

вследствие интенсивной эксплуатации, библиотечный фонд универ-

ситета пришел в практическую негодность. Кроме того, некоторые

разделы этих изданий требуют переосмысления в свете новых дости-

жений в органической химии.

К сожалению, не смогли решить указанных проблем и более позд-

ние издания: Монография Марч Дж. Органическая химия - М.:

Мир,1987 (т.т.1-4) предназначена для углубленного изучения органи-

ческой химии и, в

силу особенности изложения материала (по меха-

низмам реакции), вряд ли может быть рекомендована в качестве

учебника для студентов технических вузов, а изданная в качестве

учебника монография Шабарова Ю.С. Органическая химия - М.: Хи-

мия, 1994 (т.1 и т.2) не охватывает многих разделов программного ма-

териала.

Большинство из указанных учебников по органической

химии на-

писаны в классическом варианте, когда изложение свойств основных

классов органических соединений проводится, исходя из строения их

углеводородного скелета (нециклические, циклические).

В условиях дефицита времени на изучение курса органической

химии, такая схема изложения материала, особенно в технических

ВУЗах, вряд ли оправдана.

Авторы настоящего курса лекций, имея многолетний опыт препо-

давания

, придерживаются другого принципа изложения курса органи-

ческой химии, в основу которого поставлена функциональная принад-

лежность органического соединения, независимо от того, является оно

циклическим или нециклическим. Всё же алифатические и ароматиче-

ские альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, амины и т.д. имеют

больше сходств, чем различий, тем более, что имеющиеся различия

целесообразно

рассмотреть в пределах одного, а не разных разделов.

7

Настоящий курс лекций по органической химии состоит из трех

частей.

В первой части рассматриваются основы теории строения органи-

ческих соединений, необходимые для изучения курса органической

химии. Здесь рассмотрены некоторые аспекты образования химиче-

ских связей, механизмы распределения электронной плотности в мо-

лекулах органических соединений, устойчивость реакционноспособ-

ных частиц. Приводятся основы

теории методов УФ-, ИК- и ПМР-

спектроскопии.

В этой же части курса лекций рассмотрена химия углеводородов

(алканов, алкенов, алкинов, диенов и аренов).

Во второй части рассматривается химия функциональных произ-

водных углеводородов (галогенопроизводные, гидроксилсодержащие

соединения, карбоновые кислоты и их производные, амины, нитросо-

единения, азо- и диазосоединения).

Третья часть посвящена химии органических

соединений со сме-

шанными функциями (галогено-, окси-, оксо-, аминокислоты, углево-

ды). Здесь же рассмотрена химия некоторых гетероциклических со-

единений, а также белков и нуклеиновых кислот.

С основными разделами курса лекций увязаны индивидуальные

задания по самостоятельной работе студентов и контрольные задания.

Облегчить студентам обучение по курсу ′′Органическая химия ′′-

основная цель

этого издания.

8

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ

Теоретическая база современной органической химии была зало-

жена великим русским ученым А.М. Бутлеровым. К сожалению, в за-

рубежной литературе эта роль зачастую умалчивается. С позиций со-

временного уровня развития органической химии, теоретические по-

ложения А.М. Бутлерова кажутся как бы само собой

разумеющимися,

и в этом, как раз, и заключается их основная ценность.

Для того, чтобы оценить роль А.М.Бутлерова, как основополож-

ника современной теории химического строения, следует обратиться к

истории ее развития.

1.1. Добутлеровские теории строения

1.1.1. Теория радикалов

Теория радикалов своими истоками уходит к исследованиям Лавуазье. Лавуазье,

изучая вещества, содержащие кислород (оксиды), обозначал остальную часть оксида

как радикал (90-е годы ХVIII в.)

Уже гораздо позднее (начало 19 века) Берцелиус, основываясь на открытой в это

время связи химических и электрохимических явлений (например, открытие Дэви

электрохимического разложения солей) создал теорию, на основе которой каждое со-

единение может быть представлено в виде электроположительной и электроотрица-

тельной части. На основе этих взглядов была создана теория радикалов. Так, напри

-

мер, спирт и хлористый этил записывались как производные этерина С

2

Н

4

: С

2

Н

6

О -

гидрат этерина, С

2

Н

5

Cl - гидрохлорид этерина.

В 1832 году Либих и Вёлер при исследовании "горького миндального масла"

(бензойного альдегида) получили ряд производных, неизменно содержащих группи-

ровку С

7

Н

5

-О- (названную ими радикалом бензоилом).

С

7

Н

5

- О - Н С

7

Н

5

- О - Сl C

7

H

5

OOH C

7

H

5

OONa

Результаты этих исследований были восприняты как доказательство того, что

органические вещества состоят из радикалов точно также, как и неорганические из

атомов, и что они (эти радикалы) не изменяются при химических превращениях. Но

со временем становилось все очевиднее, что неизменных радикалов не существует, и,

что одни радикалы переходят во вновь

образующиеся молекулы целиком, другие

подвергаются изменениям.

Впоследствии понятие радикала было вытеснено понятием остатка (Жерар).

9

1.1.2.

Теория типов

Попытка найти что-то общее в природе органических молекул заставило от по-

исков неизменяемой части молекул отказаться и перейти к наблюдениям за наиболее

изменяемой частью молекулы, которую мы теперь называем функциональной груп-

пой.

Это привело к созданию новой теории типов - Жерара, которая явилась раз-

витием старой теории типов Лорана.

В спиртах и кислотах Жерар увидел аналоги воды, в хлорпроизводных - ана-

логи НСl, в аминах - аналоги NH

3

. Таким образом, были установлены типы Н

2

О, НСl,

NH

3

, H

2

.

H СН

3

CH

3

CH

3

O

O O O O

H Н CH

3

H

H CH

3

C

2

H

5

C

2

H

3

Cl Cl Cl Cl

H CH

3

C

2

H

5

C

2

H

3

O

H H H H

H CH

3

H N H N

H H

Кекуле ввел понятия типа метана Н

Н C

Н

Вот какие теории господствовали в "добутлеровский период", а вернее сказать

во времена Бутлерова.

Что было известно до опубликования Бутлеровым теории химического строе-

ния? Какие сведения он использовал?

1. Понятие о радикалах - Лавуазье, Либих, Берцелиус, Вёлер.

2. Положение о валентности, как о единицах сродства - Франкленд.

Кекуле

впервые использовал понятие о 4-х валентности углерода.

3. Об углеродных цепях - Кекуле и Купер.

4.О двойных связях - Эрленмейер.

Однако, посмотрите, как изображал формулы Кекуле.

10

К

упер предложил современное написание формул:

Н

⎯

С - ОН Н - С

≡

N

Н

Однако и Кекуле и Куперу была чужда идея неразрывности связи химиче-

ских и физических свойств молекулы с ее строением, выраженным в виде форму-

лы.

Кекуле допускал изображение одного и того же соединения с помощью раз-

ных формул в зависимости от того, какую совокупность реакций данного вещест-

ва хотели изобразить с

помощью этой формулы.

1.2. Теория строения Бутлерова

Русский ученый-химик, профессор Казанского госуниверситета

А.М.Бутлеров обобщил все имевшиеся до этого экспериментальные и

теоретические данные по органической химии.

В 1861 году он приехал на съезд естествоиспытателей и врачей в

Шпейер с единственной целью - встретиться с представителями немец-

кой химической науки, поделиться с ними собственными взглядами от-

носительно строения органических веществ, чтобы потом в ходе дискус-

сии усовершенствовать ее и предать гласности.

Он выступил перед химической секцией. Тема его доклада имела бо-

лее чем скромное название "Нечто о химическом строении тел".

Выступив с обобщением имеющегося материала, Бутлеров так ре-

зюмировал свой доклад: "Каждый химический атом, входящий

в состав

тел, участвует в его образовании и действует с определенными силами.

Эти силы влияют на окружающие его атомы, вследствие чего последние

связываются в химическую частицу - молекулу. Распределение действия

этих сил, ведущее к связи атомов в определенном порядке, я называю

химическим строением. Отсюда следует, что химическая природа

сложных частиц определяется природой

элементарных ее составных

частей, их количеством и химическим строением".

Из этой фразы явствует, что нового принес А.М.Бутлеров в химиче-

скую науку:

1. химические вещества определенным образом построены;

2. химическое строение веществ определяет их химические и физи-

ческие свойства;

H

C

O

C

H

3

ОН

C

N

H

C

N

Чемерис М.М., Люкшова Н.В., Мозуленко Л.М. Органическая химия.Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.