Органическая химия, том 1, Травень В.Ф., 2004

Органическая химия, Том 1, Травень В.Ф., 2004.

   В книге систематически изложены способы получения, строение, свойства и реакции органических соединений, принадлежащих к основным классам. Принятая последовательность глав соответствует принципу "от простого к сложному". В первой главе читатель знакомится с основными теоретическими понятиями и концепциями органической химии. Эти сведения даны на примере кислотно-основных взаимодействий - реакций, имеющих фундаментальное значение для всей органической химии. В конце каждой из 28 глав приведены перечень основных терминов и понятий, которые должен усвоить студент при ее изучении, а также задачи для контроля полученных знаний. Каждая глава завершается дополнительным разделом, в котором обсуждается применение достижений органической химии для решения проблем смежных естественных наук и технологий, прежде всего биологии и технологии материалов. Учебник знакомит читателя с основными понятиями стратегии органического синтеза и спектральными методами (ИК-, УФ-, ЯМР- и масс-) идентификации органических соединений.
Для студентов ВУЗов, специализирующихся по направлению "Химическая технология и биотехнология" и получающих химико-технологические специальности.

Быстрые (и глобальные!) изменения наблюдаются в последние десятилетия в жизни всего человечества. Эти изменения связаны с бурным развитием современных технологий и увеличением объемов промышленного производства в самых разных областях мировой экономики. Огромные успехи передовых стран в развитии производительных сил явились основой не только их высокого жизненного уровня. Неизбежными оказались и нарушения среды обитания, обусловленные массированным антропогенным воздействием на биосферу. Эти нарушения к настоящему времени стали столь значительными и очевидными, что вызывают озабоченность не только у специалистов в области защиты окружающей среды.

Мировое сообщество начинает переосмысливать пути и формы своего развития. Существенные изменения в связи с этим претерпевает в современном обществе и система образования. В условиях быстрого развития науки и обновления технологических процессов все большую роль начинает играть фундаментальная и, в частности, химическая подготовка инженеров. Быстро формируется многоуровневая система высшего образования. В основе этой системы лежит подготовка бакалавров, приобретающих высшее образование широкого профиля и способных надежно адаптироваться в новых, быстро меняющихся условиях.

Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ 5
ОТ АВТОРА 7
Сокращения и обозначения 10
ВВЕДЕНИЕ 25
Глава I. ПРИРОДА КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ. КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ 33
1.1. Классификация органических соединений 33
1.2. Номенклатура органических соединений 37
1.2.1.Тривиальная номенклатура 37
1.2.2. Рациональная номенклатура 37
1.2.3. Систематическая номенклатура ИЮПАК 37
1.2.4. Радикало-функциональная номенклатура 43
1.3. Природа ковалентной связи 43
1.3.1. Атомные орбитали 43
1.3.2. Правило октетов и формулы Льюиса 46
1.3.3. Способы образования ковалентной связи 47
1.3.4. Заряды на атомах 49
1.4. Гибридизация атомных орбиталей и форма органических молекул 50
1.4.1. sp3 - Гибридизация 50
1.4.2. sp2-Гибридизация 51
1.4.3. sp-Гибридизация 53
1.4.4. Что говорит структурная формула об органическом соединении 53
1.5. Параметры ковалентной связи 55
1.5.1. Энергия связи 55
1.5.2. Длина связи. Ковалентный радиус атома 55
1.5.3. Полярность связи 56
1.5.4. Поляризуемость связи 59
1.5.5. Ван-дер-ваальсов радиус атома 59
1.6. Электронные эффекты. Резонанс 61
1.6.1. Индуктивный эффект 61
1.6.2. Эффекты сопряжения 63
1.6.3. Резонанс 66
1.7. Межмолекулярные взаимодействия в органических соединениях 68
1.7.1. Дисперсионные взаимодействия 68
1.7.2. Водородные связи 69
1.8. Природа ковалентной связи с позиций теории молекулярных орбиталей 70
1.8.1. Основные положения теории молекулярных орбиталей 70
1.8.2. Простой метод Хюккеля (метод МОХ) 73
1.9. Классификация органических реакций 79
1.9.1. Классификация по типу превращения субстрата 79
1.9.2. Классификация по типу активирования 82
1.9.3. Классификация по характеру разрыва связей 83
1.10. Одноэлектронные реакции 86
1.10.1. Потенциалы ионизации 87
1.10.2. Электронное сродство 89
1.10.3. «Жесткие» и «мягкие» электронные оболочки молекул 90
1.11. Кислоты и основания. Теория Брёнстеда 91
1.11.1. Кислоты Брёнстеда 91
1.11.2. Основания Брёнстеда 97
1.11.3. Термодинамический контроль органической реакции 99
1.12. Обобщенная теория кислот и оснований. Кислотно-основные реакции Льюиса 101
1.12.1. Кислоты Льюиса 101
1.12.2. Основания Льюиса 101
1.12.3. Кислотно-основные реакции Льюиса. Карбкатионы 102
1.13. Концепция механизма органической реакции 106
1.13.1. Механизм 106
1.13.2. Кинетика 108
1.13.3. Кинетический контроль органической реакции 110
1.14. Кислотно-основные реакции с позиций теории молекулярных орбиталей 112
1.14.1. «Жесткие» и «мягкие» реагирующие системы 112
1.14.2. Зарядовый и орбитальный контроль органической реакции 114
1.14.3. Концепция граничных орбиталей 116
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 118
ЗАДАЧИ 122
1.15. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ЖИЗНЬ 130
Глава 2. АЛКАНЫ 133
2.1. Номенклатура и изомерия 134
2.2. Способы получения 136
2.2.1. Алканы в природе. Природные источники 136
2.2.2. Методы синтеза 137
2.3. Физические свойства и строение 139
2.3.1. Физические свойства 139
2.3.2. Пространственное строение 141
2.3.3. Электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство 144
2.4. Реакции 147
2.4.1. Радикальные реакции 147
2.4.2. Ионные реакции 161
2.4.3. Реакции в присутствии соединений переходных металлов 163
2.5. Теплоты образования молекул и теплоты реакций 165
2.5.1. Теплоты сгорания, теплоты образования и стабильность органических молекул 165
2.5.2. От энергий связей к теплотам реакций 167
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 169
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 169
ЗАДАЧИ 170
2.6. ИНИЦИАТОРЫ И ИНГИБИТОРЫ РАДИКАЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ В ХИМИИ И БИОЛОГИИ 173
Глава 3. СТЕРЕОИЗОМЕРИЯ 179
3.1. Соединения с одним хиральным центром 179
3.1.1. Хиральные атомы и молекулы 179
3.1.2. Оптическая активность 183
3.1.3. Способы изображения энантиомеров 185
3.1.4. £,£-Номенклатура 186
3.1.5. /^-Номенклатура 188
3.2. Соединения с двумя хиральными центрами 192
3.2.1. Соединения с двумя разными хиральными центрами 193
3.2.2. Соединения с двумя одинаковыми хиральными центрами 195
3.3. Химические реакции и стереоизомерия 197
3.4. Методы разделения смесей энантиомеров 198
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 199
ЗАДАЧИ 200
3.5. ХИРАЛЬНОСТЬ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ. ХИРАЛЬНЫЕ ЛЕКАРСТВА 204
Глава 4. ЦИКЛОАЛКАНЫ 208
4.1. Номенклатура. Геометрическая изомерия 208
4.2. Способы получения 209
4.3. Физические свойства и строение 212
4.3.1. Типы напряжения и природа связей 213
4.3.2. Особенности пространственного строения некоторых циклоалканов 214
4.3.3. Природа связей в циклопропане 217
4.4. Реакции 218
4.4.1. Реакции с водородом 219
4.4.2. Реакции с минеральными кислотами 219
4.4.3. Реакции с галогенами 220
4.5. Стереоизомерия замещенных циклоалканов 221
4.5.1. Монозамещенные циклоалканы 221
4.5.2. Дизамещенные циклоалканы 222
4.5.3. Стереоселективные реакции получения замещенных циклогексанов 226
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 226
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 227
ЗАДАЧИ 228
4.6. ТЕРПЕНЫ И СТЕРОИДЫ. ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ПОЛОВЫЕ ГОРМОНЫ 232
Глава 5. АЛКЕНЫ 237
5.1. Номенклатура и изомерия 237
5.2. Способы получения 238
5.3. Физические свойства и строение 242
5.3.1. Физические свойства 242
5.3.2. Электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство 245
5.4. Реакции 247
5.4.1. Электрофильное присоединение 247
5.4.2. Радикальное присоединение 272
5.4.3. Радикальное замещение 274
5.4.4. Гидрирование 276
5.4.5. Окисление 278
5.4.6. Присоединение карбенов и карбеноидов 286
5.4.7. Полимеризация 289
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 294
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 294
ЗАДАЧИ 295
5.5. БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРЫ 303
Глава 6. АЛКИНЫ 306
6.1. Номенклатура 306
6.2. Способы получения 307
6.3. Физические свойства и строение 309
6.3.1. Физические свойства 309
6.3.2. Пространственное и электронное строение 309
6.4. Реакции 311
6.4.1. Кислотность алкинов и нуклеофильные свойства ацетиленидов 311
6.4.2. Одноэлектронные реакции. Потенциалы ионизации и электронное сродство 313
6.4.3. Электрофильное присоединение 315
6.4.4. Нуклеофильное присоединение 321
6.4.5. Восстановление 324
6.4.6. Окисление 327
6.4.7. Олигомеризация и полимеризация 328
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 329
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 329
ЗАДАЧИ 330
6.5. ФЕРОМОНЫ. КАК ОБЩАЮТСЯ НАСЕКОМЫЕ 334
Глава 7. ДИЕНЫ 337
7.1. Классификация и номенклатура 337
7.2. Способы получения 340
7.3. Физические свойства и строение 342
7.3.1. Пространственное и электронное строение 1,3-бутадиена 342
7.3.2. Потенциалы ионизации и электронное сродство 345
7.4. Реакции 346
7.4.1. Электрофильное присоединение к сопряженным диенам 346
7.4.2. Свободнорадикальное присоединение к сопряженным диенам 351
7.4.3. Окисление сопряженных диенов 352
7.4.4. Восстановление сопряженных диенов 352
7.4.5. Полимеризация сопряженных диенов 353
7.4.6. Перициклические реакции сопряженных диенов и полиенов 355
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 367
ЗАДАЧИ 367
7.5. ФОТОХИМИЯ. МЕХАНИЗМ ЗРЕНИЯ И ПРИРОДА ЦВЕТА 374
Глава 8. АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. КРИТЕРИИ АРОМАТИЧНОСТИ 380
8.1. Бензол 380
8.1.1. Структурная формула бензола 380
8.1.2. Энергия сопряжения 382
8.1.3. Электронное строение 384
8.2. Правила ароматичности. Аннулены и их ионы 387
8.2.1. Аннулены 387
8.2.2. ЯМР-критерии ароматичности 389
8.2.3. Ароматические ионы 390
8.2.4. Квантово-химическое определение ароматичности 394
8.2.5. Графический метод определения ароматичности 395
8.3. Конденсированные бензоидные углеводороды 397
8.4. Небензоидные ароматические соединения 399
8.5. Гетероциклические ароматические соединения 400
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 402
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 402
ЗАДАЧИ 402
8.6. ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ 407
8.6.1. Фулерены 407
8.6.2. Нанотрубки 409
Глава 9. ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В АРОМАТИЧЕСКОМ РЯДУ 410
9.1. Механизм реакций электрофильного ароматического замещения 411
9.2. Реакции электрофильного ароматического замещения. Общие сведения 415
9.2.1. Галогенирование бензола 415
9.2.2. Сульфирование бензола 417
9.2.3. Нитрование бензола 419
9.2.4. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу 422
9.2.5. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу 426
9.2.6. Реакции аренов с другими электрофилами 431
9.3. Правила ориентации в электрофильном ароматическом замещении 435
9.3.1. Общие сведения 435
9.3.2. орто,пара~Ориентанты (заместители первого ряда) 438
9.3.3. жтш-Ориентанты (заместители второго ряда) 441
9.4. Правила ориентации и реакционная способность замещенных бензолов с позиции теории молекулярных орбиталей 444
9.5. Факторы парциальных скоростей 447
9.6. Электрофильное замещение в полизамещенных бензолах 448
9.6.1. Согласованная и несогласованная ориентация 448
9.6.2. Реакции ш?сс-замещения 453
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 456
ЗАДАЧИ 457
9.7. МЕТАБОЛИЗМ. ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТОКСИЧНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 462
Глава 10. АЛКИЛ- И АЛКЕНИЛБЕНЗОЛЫ 465
10.1. Номенклатура производных бензола 465
10.2. Алкилбензолы 467
10.2.1. Способы получения алкилбензолов 467
10.2.2. Физические свойства 469
10.2.3. Реакции 470
10.3. Алкенилбензолы 480
10.3.1. Способы получения стирола и его производных 480
10.3.2. Реакции 481
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 483
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ / 483
ЗАДАЧИ 483
10.4. ЛЕКАРСТВА - ПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛА. АНТАГОНИСТЫ И АГОНИСТЫ 485
Глава 11. ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ 490
11.1. Полициклические арены с изолированными циклами 490
11.1.1. Способы получения производных бифенила 491
11.1.2. Строение производных бифенила 492
11.1.3. Реакции производных бифенила 493
11.2. Конденсированные бензоидные углеводороды 493
11.2.1. Способы получения 494
11.2.2. Реакции 497
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 504
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 504
ЗАДАЧИ 505
11.3. МУТАГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА. ПОЧЕМУ ОПАСНО КУРИТЬ 506
Глава 12. ВВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 510
12.1. Ретросинтетический анализ 510
12.2. Введение в спектральные методы идентификации органических соединений 513
12.3. Электронная спектроскопия поглощения 515
12.3.1. Типы электронных переходов и области поглощения органических соединений в спектрах ЭСП 516
12.3.2. Применение метода ЭСП для целей идентификации 522
12.4. Инфракрасная спектроскопия 525
12.4.1. Характеристические частоты поглощения органических соединений в ИК-области 527
12.4.2. Применение метода ИК-спектроскопии для целей идентификации 532
12.5. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса 539
12.5.1. Спектроскопия протонного магнитного резонанса 540
12.5.2. Применение метода ПМР-спектроскопии для целей идентификации 552
12.5.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса на ядрах 13С 558
12.6. Масс-спектрометрия 561
12.6.1. Определение молекулярной массы и молекулярной формулы 564
12.6.2. Основные типы фрагментации органических соединений 568
12.6.3. Применение метода масс-спектрометрии для целей идентификации 570
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 574
ЗАДАЧИ 575
12.7. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 576
Глава 13. ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ АЛКАНОВ 580
13.1. Классификация и номенклатура 580
13.2. Способы получения 580
13.3. Физические свойства и строение 582
13.3.1. Физические свойства 582
13.3.2. Электронное строение 583
13.4. Реакции 584
13.4.1. Бимолекулярное нуклеофильное замещение 586
13.4.2. Мономолекулярное нуклеофильное замещение 597
13.4.3. Конкуренция реакций S^2 и SNl. Амбидентные нуклеофилы 603
13.4.4. Участие соседних групп. Сохранение конфигурации 605
13.4.5. Элиминирование 610
13.5. Спектроскопический анализ галогенпроизводных 624
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 625
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 625
ЗАДАЧИ 626
13.6. ИМУННАЯ СИСТЕМА ЖИВОГО ОРГАНИЗМА. АНТИГЕНЫ И АНТИТЕЛА 633
Глава 14. ГАЛОГЕНАЛКЕНЫ И ГАЛОГЕНАРЕНЫ 636
14.1. Классификация и номенклатура 636
14.2. Способы получения 637
14.3. Физические свойства и строение 639
14.3.1. Физические свойства 639
14.3.2. Электронное строение 640
14.4. Реакции 641
14.4.1. Нуклеофильное замещение галогена в активированных галогенаренах (SNAr) 642
14.4.2. Нуклеофильное замещение галогена в неактивированных галогенаренах 647
14.4.3. Нуклеофильное замещение галогена, катализируемое медью 651
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ 652
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 653
ЗАДАЧИ 653
14.5. ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 657
Глава 15. ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 661
15.1. Металлоорганические соединения 662
15.1.1. Номенклатура 662
15.1.2. Способы получения 663
15.1.3. Физические свойства и строение 668
15.1.4. Реакции 670
15.2. Комплексы переходных металлов 680
15.2.1. Строение 680
15.2.2. Реакции 683
15.3. Борорганические соединения. Бораны 688
15.3.1. Номенклатура 688
15.3.2. Способы получения 688
15.3.3. Физические свойства и строение 689
15.3.4. Реакции 691
15.4. Кремнийорганические соединения 692
15.4.1. Силаны 693
15.4.2. Силоксаны 694
15.5. Фосфорорганические соединения 694
15.5.1. Фосфины 695
15.5.2. Фосфораны 696
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 697
ЗАДАЧИ 697
15.6. ФЕМТОСЕКУНДНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ. МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ
В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ 702
Рекомендуемая литература 705
Предметный указатель 709.

Купить книгу Органическая химия, Том 1, Травень В.Ф., 2004 .

Купить книгу Органическая химия, Том 1, Травень В.Ф., 2004 .





Теги: учебник по химии :: химия :: Травень :: формулы Льюиса