Органическая химия. Ким А.М.

4-е изд., испр. и доп. - Н.: 2004 - 844 с.

Рассматриваются современные теоретические представления, синтетические аспекты органической химии, экологические проблемы производства и применения органических продуктов. Большое внимание уделено методологии изучения органической химии. Пособие снабжено многочисленными методическими рекомендациями, примерами, задачами и упражнениями. Для студентов и преподавателей высших учебных заведений, учителей, а также учащихся химико-биологических классов средних учебных заведений.

Формат: pdf

Размер: 23 Мб

Смотреть, скачать: drive.google

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к четвертому изданию 13
Предисловие к третьему изданию 15
Предисловие ко второму изданию 16
Предисловие к первому изданию 18
ВВЕДЕНИЕ 21
Предмет органической химии 22
Краткий исторический обзор органической химии 22
Первые теоретические воззрения 23
Теория химического строения А. М. Бутлерова 25
I. АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 28
1.1. Введение 28
1.2. Электронная теория строения атомов 28
1.3. Корпускулярные свойства света и волновые свойства частиц 31
1.4. Квантовая или волновая механика 33
1.5. Многоэлектронные атомы 39
1.6. Природа химической связи 39
1.7. Типы химической связи 45
1.8. Межмолекулярные взаимодействия 56
1.9. Химические связи элементов второго периода 63
1.9.1. Углерод 63
1.9.2. Другие элементы второго периода 67
1.10. Физические свойства ковалентной связи 67
1.10.1. Длина связи 67
1.10.2. Валентные углы 69
1.10.3. Энергии разрыва связей 70
1.10.4. Дипольные моменты 72
Задачи и упражнения -74
II. МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ 77
2.1. Межмолекулярные электронные взаимодействия 77
2.2. Внутримолекулярные электронные взаимодействия 78
2.2.1. Индуктивный эффект 78
2.2.2. Сопряженные системы, особенности строения 81
2.2.3. Мезомерный эффект 88
2.2.4. Гиперконъюгация 90
2.2.5. Пространственные эффекты 91
Задачи и упражнения 93
III. ИЗОМЕРИЯ 96
3.1. Структурная изомерия 96
3.2. Пространственная изомерия 98
3.2.1. Геометрическая (цис-, транс-) изомерия 98
3.2.2. Оптическая изомерия 99
3.2.2.1. Термины, используемые при рассмотрении оптической изомерии 100
3.2.2.2. Структуры, способные существовать в виде энантиомеров .. 103
3.2.2.3. Способы изображения трехмерных объектов 106
3.2.2.4. Относительная и абсолютная конфигурация 107
3.2.2.5. Соединения с несколькими хиральными центрами 111
3.2.3. Конформационная изомерия 115
Задачи и упражнения 117
IV. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ 121
V. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 127
5.1. Термодинамика химических реакций 127
5.2. Кинетика химических реакций 132
5.2.1. Молекулярность и порядок реакций 132
5.2.2. Энергия активации 135
5.2.3. Влияние температуры на скорость реакции 136
5.2.4. Влияние растворителя на скорость реакции 137
5.2.5. Катализ в органической химии 138
5.3. Типы элементарных процессов 148
5.4. Классификация химических реакций 150
5.4.1. Классификация по числу реагирующих частиц 150
5.4.2. Классификация по результатам реакции 151
5.4.3. Классификация по природе, реагирующих частиц 153
5.5. Реагирующие органические частицы 153
5.5.1. Свободные радикалы 153
5.5.2. Электрофилы 154
5.5.3. Нуклеофилы 155
5.5.4. Карбены 156
5.5.5. Катион-радикалы 157
5.5.6. Анион-радикалы 157
5.5.7. Илиды 158
Задачи и упражнения 158
VI. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 160
6.1. Теория электролитической диссоциации 160
6.2. Протолитическая теория Брёнстеда - Лоури 161
6.2.1. Кислотность и основность разбавленных растворов кислот и оснований 162
6.2.2. Кислотность сильных кислот. Функции кислотности Гаммета Н0.. 165
6.3. Теория кислот и оснований Льюиса 166
6.4. Теория жестких и мягких кислот и оснований 167
Задачи и упражнения 169
VII. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 171
VIII. НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 174
Задачи и упражнения 186
IX. АЛКАНЫ 188
9.1. Практическое значение алканов 190
9.2. Нахождение алканов в природе 190
9.3. Строение алканов 191
9.4. Физические свойства алканов 193
9.5. Химические свойства алканов 193
9.5.1. Галогенирование 198
9.5.2. Нитрование 200
9.5.3. Сульфохлорирование и сульфирование 201
9.5.4. Окисление 202
9.5.5. Реакции алканов ионного (гетеролитического) типа 207
9.6. Нефть, продукты нефтепереработки 209
9.6.1. Происхождение нефти 209
9.6.2. Первичная переработка нефти. Продукты перегонки нефти., 210
9.6.3. Моторное топливо. Октановое число 210
9.6.4. Вторичная переработка нефти. Крекинг 211
9.6.5. Химические превращения при крекинге 214
9.6.6. Синтетическое моторное топливо 217
9.6.6.1. Гидрогенизация угля (процесс Бергиуса) 217
9.6.6.2. Синтез Фишера - Тропша 218
9.6.6.3. Синтез алканов на основе метанола 218
9.7. Препаративные способы получения алканов 219
9.7.1. Синтезы с сохранением углеродного скелета 219
9.7.2. Синтезы с изменением углеродного скелета 220
9.8. Экологическое послесловие 221
Задачи и упражнения 223
X. АЛКЕНЫ 225
10.1. Физические свойства алкенов 225
10.2. Строение алкенов 226
10.3. Химические свойства алкенов 227
10.3.1. Реакции присоединения 227
10.3.1.1. Гидрирование алкенов (гидрогенизация) 228
10.3.1.2. Гомогенное гидрирование алкенов 231
10.3.2. Реакции электрофильного присоединения к алкенам 233
10.3.2.1. Механизм реакции электрофильного присоединения к алкенам 233
10.3.2.2. Направление электрофильного присоединения к алкенам. Правило Марковникова 237
10.3.2.3. Примеры реакций электрофильного присоединения 239
10.3.3. Реакции радикального присоединения 244
10.3.4. Реакции присоединения карбенов 245
10.3.5. Реакции радикального замещения 246
10.3.6. Окисление алкенов 247
10.3.6.1. Автоокисление 247
10.3.6.2. Окисление до окисей 248
10.3.6.3. транс-Окисление до гликолей 248
10.3.6.4. чнс-Окисление до гликолей 249
10.3.6.5. Озонолиз алкенов 249
10.3.6.6. Глубокое окисление 250
10.4. Практическое значение алкенов 251
10.5. Полимеризация алкенов. Полиолефины 253
10.5.1. Радикальная полимеризация 254
10.5.2. Катионная полимеризация 255
10.5.3. Анионная полимеризация 256
10.5.4. Координационная полимеризация 257
10.6. Получение алкенов 259
10.6.1. Получение алкенов с сохранением углеродной цепи 260
10.6.2. Получение алкенов с изменением углеродной цепи 265
10.7. Экологическое послесловие 266
Задачи и упражнения 267
XI. АЛКИНЫ 272
11.1. Физические свойства алкинов 272
11.2. Строение алкинов 272
11.3. Химические свойства алкинов 274
11.3.1. Реакции присоединения 274
11.3.1.1. Электрофильное присоединение 274
11.3.1.2. Нуклеофильное присоединение 278
11.3.1.3. Радикальное присоединение 281
11.3.1.4. Присоединение карбенов к алкинам 281
11.3.1.5. Восстановление алкинов 281
11.3.2. Кислотные свойства алкинов 282
11.3.3. Окисление алкинов 284
11.3.4. Реакции олигомеризации 284
11.4. Практическое значение алкинов 285
11.5. Получение алкинов 286
11.6. Экологическое послесловие 287
Задачи и упражнения 288
XII. АЛКАДИЕНЫ 291
12.1. Строение сопряженных алкадиенов 291
12.2. Химические свойства 1,3-алкадиенов 293
12.2.1. Электрофильное присоединение 293
12.2.2. Гидрирование 294
12.2.3. Радикальное присоединение 295
12.2.4. 1,4-Циклоприсоединение. Реакция Дильса - Альдера 296
12.2.5. Полимеризация 1,3-алкадиенов 299
12.3- Получение 1,3-алкадиенов 303
12.4. Экологическое послесловие 304
Задачи и упражнения 306
XIII. ПРИРОДНЫЕ ИЗОПРЕНОИДЫ. ТЕРПЕНЫ 309
13.1. Монотерпены 310
13.2. Сесквитерпены 313
13.3. Дитерпены 316
13.4. Каротиноиды 316
Задачи и упражнения 318
XIV. ЦИКЛОАЛКАНЫ 319
14.1. Номенклатура циклоалканов 319
14.2. Строение моноциклоалканов 321
14.3. Химические свойства циклоалканов 326
14.4. Получение карбоциклических соединений 326
14.4.1. Получение малых (Сз, С4) карбоциклических соединений 327
14.4.2. Получение нормальных (С5, С6, С7) карбоциклических соединений 328
14.4.3. Получение макроциклических (С^ и выше) соединений 328
14.5. Полиэдрические органические соединения 329
14.6. Практическое значение циклоалканов 330
Задачи и упражнения 331
XV. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ) 334
15.1. Строение бензола 334
15.2. Ароматичность 338
15.3. Химические свойства бензола 343
15.3.1. Электрофильное замещение в ароматическом ряду 343
15.3.2. Реакции присоединения бензола 356
15.4. Замещенные бензолы 357
15.4.1. Характер ориентации при электрофильном замещении в ароматическом ряду 357
15.4.2. Алкилбензолы 365
15.5. Многоядерные ароматические углеводороды 367
15.5.1. Реакции электрофильного замещения многоядерных ароматических углеводородов 368
15.5.2. Реакции окисления многоядерных ароматических углеводородов 371
15.5.3. Реакции гидрирования многоядерных ароматических углеводородов 373
15.6. Источники ароматических углеводородов 374
15.7. Экологическое послесловие 375
Задачи и упражнения 376
XVI. ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДЫ 380
16.1. Физические свойства галогенуглеводородов 381
16.2. Строение галогенуглеводородов 383
16.3. Химические свойства алкилгалогенидов 384
16.3.1. Реакции нуклеофильного замещения 386
16.3.1.1. Механизмы реакций нуклеофильного замещения 388
16.3.2. Реакции отщепления (элиминирования) 399
16.3.3. Реакции восстановительного расщепления 405
16.3.4. Реакции радикального замещения при насыщенном атоме углерода 407
16.4. Химические свойства арилгалогенидов 407
16.4.1. Нуклеофильное замещение в неактивированных арилгалогенидах 408
16.4.2. Нуклеофильное замещение в активированных арилгалогенидах 409
16.5. Винилгалогениды 412
16.6. Аллил-, бензилгалогениды 413
16.7. Ди- и полигалогенуглеводороды 414
16.8. Фторуглеводороды 415
16.9. Практическое значение галогенуглеводородов 417
16.10. Способы получения галогенуглеводородов 422
16.11. Экологическое послесловие 422
Задачи и упражнения 426
XVII. СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ 430
17.1. Физические свойства спиртов и фенолов 431
17.2. Химические свойства спиртов и фенолов 434
17.2.1. Спирты и фенолы как кислоты 434
17.2.2. Спирты и фенолы как основания и нуклеофильные реагенты .... 436
17.2.3. Реакции нуклеофильного замещения в спиртах и фенолах 441
17.2.4. Реакции дегидратации спиртов 444
17.2.5. Реакции электрофильного замещения в фенолах 446
17.2.6. Окисление спиртов и фенолов 456
17.2.7. Восстановление спиртов и фенолов 459
17.3. Количественное рассмотрение реакционной способности органических соединений 460
17.4. Многоатомные спирты и фенолы 463
17.5. Природные спирты и фенолы 465
17.6. Практическое значение спиртов и фенолов 467
17.7. Способы получения спиртов и фенолов 475
17.8. Экологическое послесловие 478
Задачи и упражнения 479
XVIII. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ 481
18.1. Химические свойства простых эфиров 482
18.2. Циклические простые эфиры 484
18.3. Макроциклические простые эфиры (краун-эфиры) 487
Задачи и упражнения 489
XIX. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ 491
19.1. Физические свойства альдегидов и кетонов 491
19.2. Особенности строения альдегидов и кетонов 493
19.3. Химические свойства альдегидов и кетонов 494
19.3.1. Реакции присоединения 494
19.3.1.1. Реакции с азот-центрированными нуклеофилами 495
19.3.1.2. Реакции с кислород-центрированными нуклеофилами 499
19.3.1.3. Реакции с галоген-центрированными нуклеофилами 503
19.3.1.4. Реакции с углерод-центрированными нуклеофилами 504
19.3.1.4.1. Реакции с и-нуклеофилами 504
19.3.1.4.2. Кето-енольная таутомерия 507
19.3.1.4.3. Альдольно-кротоновая конденсация 509
19.3.1.4.4. Обобщение реакций альдегидов и кетонов с С-Н-кислотами 514
19.3.1.4.5. Реакции с я-нуклеофилами (С-Н-кислоты, алкены, арены) 518
19.3.1.4.6. Реакции неенолизующихся альдегидов 520
19.3.2. Реакции замещения по связи Са-Н альдегидов и кетонов 521
19.3.3. Окисление альдегидов и кетонов 524
19.3.3.1. Окисление альдегидов 524
19.3.3.2. Окислительно-восстановительные реакции альдегидов 526
19.3.3.3. Окисление кетонов 528
19.3.4. Восстановление альдегидов и кетонов 528
19.3.4.1. Восстановление до спиртов 528
19.3.4.2. Восстановление до углеводородов 530
19.3.4.3. Восстановление в биологических системах 530
19.4. Природные альдегиды и кетоны 531
19.5. Практическое значение альдегидов и кетонов 532
19.6. Получение альдегидов и кетонов 538
19.6.1. Промышленные методы получения альдегидов и кетонов 538
19.6.2. Препаративные методы получения альдегидов и кетонов 540
19.7. Экологическое послесловие 542
Задачи и упражнения 544
XX. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ 547
20.1. Физические свойства карбоновых кислот 550
20.2. Химические свойства карбоновых кислот 550
20.2.1. Кислотно-основные свойства 554
20.2.2. Реакции по карбонильной группе 556
20.2.3. Галогенирование карбоновых кислот по Са-Н связи 559
20.2.4. Термические превращения карбоновых кислот и их солей 560
20.3. Дикарбоновые кислоты 562
20.4. Галоген- и гидроксикарбоновые кислоты 564
20.5. Непредельные карбоновые кислоты 567
20.6. Нахождение карбоновых кислот в природе 569
20.7. Практическое применение карбоновых кислот 571
20.7.1. Синтезы на основе карбоновых кислот 575
20.8. Получение карбоновых кислот 577
20.8.1. Реакции окисления 577
20.8.2. Оксосинтез. Карбонилирование спиртов 579
20.8.3. Препаративные методы получения карбоновых кислот 580
20.9. Экологическое послесловие 581
Задачи и упражнения 584
XXI. ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ 586
21.1. Химические свойства производных карбоновых кислот 587
21.1.1. Реакции по карбонильной группе 588
21.1.1.1. Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот 588
21.1.1.2. Другие реакции сложных эфиров, протекающие по карбонильной группе 591
21.1.1.3. Реакции ангидридов и галогенангидридов 592
21.1.1.4. Реакции амидов 593
21.1.1.5. Восстановление производных карбоновых кислот 594
21.1.1.6. Реакции с металлорганическими соединениями 595
21.1.2. Реакции производных карбоновых кислот, протекающие по Са-Н связи 595
21.2. Дикарбонильные соединения 598
21.3. Практическое значение производных карбоновых кислот 602
21.3.1. Высокомолекулярные соединения на основе производных карбоновых кислот 605
21.4. Получение производных карбоновых кислот 610
21.5. Жиры (липиды) 612
21.5.1. Структура жиров (липидов) 613
21.5.2. Биологическое значение жиров 616
21.5.3. Технология переработки жиров 617
21.6. Экологическое послесловие 618
Задачи и упражнения 620
XXII. ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ 622
22.1. Общая стратегия синтеза 622
22.2. Методы и приемы органического синтеза 635
22.2.1. Углеродный остов и функциональные группы 635
22.2.2. Защитные группы 641
22.2.3. Стереохимические аспекты синтеза 647
22.3. Исходные вещества органического синтеза 649
Задачи и упражнения 650
XXIII. УГЛЕВОДЫ 652
23.1. Моносахариды 653
23.1.1. Строение моносахаридов 653
23.1.2. Гликозиды 664
23.1.3. Химические свойства моносахаридов 667
23.1.3.1. Реакции по гидроксильной группе 667
23.1.3.2. Реакции по карбонильной группе 668
23.1.3.3. Реакции окисления и восстановления 672
23.1.3.4. Брожение моносахаридов 675
23.2. Олигосахариды 677
23.3. Полисахариды 683
23.4. Практическое значение углеводов 688
23.4.1. Углеводы в жизни растений и животных 688
23.4.2. Технологии переработки и применения углеводов 689
23.5. Экологическое послесловие 692
Задачи и упражнения 694
XXIV. ОРГАНИЧЕСКИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ 696
24.1. Нитросоединения 698
24.1.1. Особенности строения нитросоединений 698
24.1.2. Физические свойства нитросоединений 699
24. ЬЗ. Химические свойства нитросоединений 699
24.1.3.1. Восстановление нитросоединений 699
24.1.3.2. Реакции в углеводородном радикале 702
24.1.3.2.1. Нитроалканы 702
24.1.3.2.2. Ароматические нитросоединения 705
24.1.4. Практическое значение нитросоединений 707
24.1.5. Получение нитросоединений 709
24.2. Амины 711
24.2.1. Физические свойства аминов 712
24.2.2. Строение аминов 714
24.2.3. Химические свойства аминов 716
24.3. Диазониевые соли 731
24.3.1. Реакции замещения диазогруппы 732
24.3.2. Реакции без выделения азота 734
24.4. Природные амины 735
24.5. Практическое значение аминов 736
24.6. Получение аминов 742
24.7. Экологическое послесловие 743
Задачи и упражнения 744
XXV. АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ, БЕЛКИ 748
25.1. Строение аминокислот. Кислотно-основные свойства 750
25.2. Химические свойства аминокислот 751
25.2.1. Реакции по карбоксильной группе 751
25.2.2. Реакции по аминогруппе 752
25.2.3. Совместные реакции амино- и карбоксильной групп 754
25.2.4. Реакции аминокислот в клетке 756
25.3. Полипептиды, пептидный синтез 757
25.4. Структура белков 762
Задачи и упражнения 767
XXVI. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 769
26.1. Номенклатура гетероциклических систем 769
26.2. Строение гетероциклов 770
26.3. Пяти- и шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом 773
26.3.1. Кислотно-основные свойства 773
26.3.2. Реакции электрофильного замещения 776
26.3.3. Реакции нуклеофильного замещения 783
26.3.4. Реакции присоединения 785
26.3.5. Производные фурана, пиррола и пиридина 786
26.4. Пяти- и шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами 791
26.4.1. Химические свойства азолов и пиримидина 792
26.4.2. Производные азолов, пиримидина и пурина 796
26.5. Нуклеиновые кислоты 799
26.6. Алкалоиды 804
Задачи и упражнения 807
XXVII. МЕТАЛЛОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 809
27.1. Строение металлорганических соединений 809
27.2. Способы получения металлорганических соединений 810
27.3. Химические свойства магнийорганических соединений 814
27.4. Практическое значение металлорганических соединений 816
Задачи и упражнения 817
Литература 819
Предметный указатель 824