- •6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 89
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
- •1.2.1 Радикало-функциональная номенклатура
- •1.2.2 Систематическая (заместительная) номенклатура
- •1.3 Вопросы и упражнения для самопроверки:
- •2. ИЗОМЕРИЯ. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
- •2.1 Структурная изомерия
- •2.2 Стереоизомерия
- •2.2.1.1 Геометрическая изомерия или цис-транс-изомерия один из видов стереоизомерии, возникающий при разном расположении одинаковых заместителей по одну или по разные стороны плоскости π связи или неароматического цикла (Рис.2.1).
- •2.2.1.2 Хиральность.
- •2.2.1.3 Оптическая изомерия. Энантиомеры и диастереомеры
- •2.2.1.4 Относительная и абсолютная конфигурации
- •2.2.2.2 Конформации циклических алифатических соединений. Теория напряжения Байера
- •2.3 Вопросы и упражнения для самопроверки
- •3.1. Образование ковалентных связей
- •3.2.3 Ароматичность
- •3.3 Взаимное влияние атомов в молекуле
- •3.3.1 Индуктивный эффект
- •3.3.2 Мезомерный эффект
- •3.4. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •4. КИСЛОТНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
- •4.1 Теория Бренстеда-Лоури, протолитическая
- •4.2. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •5. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
- •5.1 Механизмы органических реакций
- •5.2.1 Гидратация алкенов. Роль кислотного катализатора
- •5.2.2 Реакции присоединения к асимметричным алкенам (правило Марковникова)
- •5.2.3 Реакция присоединения к α, β-ненасыщенным карбонильным соединениям
- •5.3.1 Галогенирование бензола
- •5.3.2 Ориентирующее действие заместителей в бензольном ядре. Ориентанты первого и второго рода
- •5.4 Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода
- •5.5 Механизм и стереохимия реакций элиминирования (Е)
- •5.6 Окисление и восстановление органических соединений
- •5.6.1 Окисление гидроксильных и оксо-групп
- •5.6.2 Окисление непредельных и ароматических соединений
- •5.6.3 Реакции восстановления
- •5.6.4 Обратимые окислительно-восстановительныесистемы
- •5.7. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
- •6.1 Способы получения альдегидов и кетонов
- •6.2 Химические свойства альдегидов и кетонов (карбонильных соединений)
- •6.2.1 Реакция альдегидов с нуклеофилами
- •6.2.1.1 Особенности реакций присоединения к альдегидам и асимметричным кетонам
- •6.2.1.2. Реакции присоединения спиртов. Образование полуацеталей и ацеталей
- •6.2.2 Реакции конденсации
- •6.2.2.1 Кето-енольная таутомерия альдегидов и кетонов. Альдольное присоединение
- •6.2.2.2 Кротоновая конденсация или альдольно - кротоновая конденсация
- •6.3 Окисление и восстановление альдегидов и кетонов
- •6.4 Вопросы и упражнения для самопроверки
- •7. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
- •7.1. Основные пути получения карбоновых кислот:
- •7.2. Малоновый синтез карбоновых кислот
- •7.3. Классификация карбоновых кислот
- •7.4 Химические свойства карбоновых кислот
- •7.4.2. Восстановление карбоновых кислот
- •7.4.3. Декарбоксилирование карбоновых кислот
- •7.5. Дикарбоновые кислоты
- •7.6. Угольная кислота и ее производные
- •7.7. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •8. ПОЛИ- И ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
- •8.1. Аминоспирты
- •8.2 Классификация одноосновных гидроксикислот
- •8.2.1 Получение гидроксикислот
- •8.2.2 Специфические реакции гидроксикислот
- •8.3. Многоосновные гидроксикислоты
- •8.4. Оксокислоты
- •8.5 Вопросы и упражнения для самопроверки
- •9. АМИНОКИСЛОТЫ
- •9.1. Изомерия аминокислот
- •9.2. Классификации аминокислот
- •9.2.1. Классификации аминокислот по биологической ценности
- •9.2.2. Классификации аминокислот на основе химического строения аминокислот
- •9.2.2.3. Современная классификация α-аминокислот
- •9.4. Кислотно-основные свойства аминокислот
- •9.5. Способы получения аминокислот
- •9.6. Химические свойства
- •9.7. Специфические реакции α, β, γ, δ-аминокислот
- •9.8. Качественные реакции на аминокислоты, пептиды, белки.
- •9.9. Методы количественного определения аминокислот
- •9.10. Редко встречающиеся аминокислоты
- •9.11.2 Вторичная структура полипептидной цепи
- •9.11.3 Третичная структура белков
- •9.12. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •Классификация углеводов
- •10.1. Моносахариды, классификация
- •10.2. Циклическое строение моносахаридов
- •10.3. Химические свойства моносахаридов
- •10.3.1. Реакции полуацетального гидроксила
- •10.3.3. Окисление и восстановление моносахаридов
- •10.3.4. Изомеризация в щелочной среде
- •10.4. Качественные реакции моносахаридов. Отличительные реакции пентоз и гексоз
- •10.5. Производные моносахаридов
- •10.6. Олигосахариды
- •10.6.1. Химические свойства олигосахаридов
- •10.7. Полисахариды
- •10.7.1. Гомополисахариды
- •10.7.2. Гетерополисахариды
- •10.8. Гликопротеины
- •10.9. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •11. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
- •11.1. Пятичленные ароматические гетероциклы
- •11.2. Шестичленный ароматический гетероцикл
- •11. 3. Нуклеиновые кислоты (НК)
- •11.3.1 Нуклеозиды
- •11.3.2. Нуклеотиды
- •11.3.3. Нуклеозидциклофосфаты
- •11.3.4. Рибо- и дезокси-рибонуклеиновые кислоты
- •11.4. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •12. ЛИПИДЫ
- •12.1. Высшие жирные кислоты
- •12.2. Классификация омыляемых липидов
- •12.2.1. Простые липиды
- •12.2.1.1.Химические свойства простых липидов
- •12.2.2 Сложные липиды
- •12.2.2.2. Гликолипиды
- •12.3. Неомыляемые липиды
- •12.3.1 Терпены (изопреноиды)
- •12.3.3. Стероиды
- •12.4. Вопросы и упражнения для самопроверки
- •13. Методы, используемые для изучения соединений в органической химии
- •Литература
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Классификация органических соединений основывается как на строении углеродной цепи, так и на характере функциональных групп, присутствующих в соединениях.
По строению углеродной цепи органические соединения делятся на два типа – ациклические и циклические. Ациклическими называют соединения с открытой (незамкнутой) углеродной цепью. Важнейшими представителями ациклических соединений являются алифатические углеводороды, которые состоят только из атомов углерода и водорода и могут быть насыщенными и ненасыщенными, а также разветвленными и неразветвленными. Классы углеводородов: алканы, алкены, алкины и арены. Алканы представляют собой углеводороды, в которых все связи являются одинарными и характеризуются молекулярной формулой
CnH2n+2.
Органические соединения
Ациклические Циклические
Предельные |
|
Непредельные |
|
|
Карбо- |
|
Гетеро- |
||||||||||||
(насыщенные |
|
(ненасыщенные |
|
|
циклические |
|
цикличские |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неразветвленные |
|
|
|
|
|
|
|
|
Алициклические |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Разветвленные |
|
|
|
|
|
|
|
Ароматические |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.1 Классификация органических соединений в зависимости от строения углеродной цепи
Алканы могут иметь разные названия; наименование может быть общепринятым или систематическим, разработанным по четко определенному набору правил. Циклоалканы – это предельные (насыщенные) углеводороды, которые содержат замкнутый углеродный цикл.
11
Они имеют молекулярную формулу CnH2n. Классификация органических соединений в зависимости от строения углеродной цепи представлена на рис. 1.1.
Алканы (Рис.1.2) и циклоалканы практически неполярны и нерастворимы в воде. Единственными силами притяжения между неполярными молекулами являются относительно слабые индуцированные диполями дипольные притяжения. Эти силы называют по-раз- ному: притяжением Ван-дер-Ваальса, лондонскими силами или дисперсионными силами.
CH3–CH2–CH3 |
CH3–CH=CH2 |
CH3–C≡CH |
пропан |
пропен |
пропин |
|
CH –CH–CH3 |
|
|
| |
|
CH3
2-метилпропан Рис.1.2 Представители алифатических углеводородов
Циклические соединения– это соединения с замкнутой углеродной цепью. В зависимости от природы атомов в цикле их делят на
карбоциклические и гетероциклические.
Карбоциклические соединения содержат в цикле только атомы углерода и делятся на две группы: алифатические циклические (или алициклические) и ароматические.
Примерами алициклических соединений являются, например, циклопропан и циклобутен (Рис.1.3).
циклопропан циклобутен |
бензол |
нафталин |
Рис.1.3 Представители карбоциклических алифатических и ароматических углеводородов
12
Бензол и нафталин являются ароматическими углеводородами (ароматичность углеводородов обсудим в разделе 3.2.3).
Гетероциклические соединения содержат кроме атомов углерода один или несколько атомов других элементов в цикле. Гетероциклические соединения могут быть насыщенными, ненасыщенными, ароматическими (Рис.1.4).
N |
N |
N |
|||
|
|
|
|
|
|
H |
H |
H |
|||
пирролидин |
пирролин |
|
пиррол |
||
(насыщенный) |
(ненасыщенный) |
(ароматический) |
Рис.1.4 Представители гетероциклических алифатических и ароматических соединений
Углерод соединяется с другими атомами (например, C, H, N, O, S, галогенами) с образованием структурных единиц, называемых функциональнымигруппами(атомаилигруппыатомоввмолекуле),которые определяют характерный набор физических и химических свойств соединения. Функциональные группы являются заместителями водородов в структуре соединения.
1.1 Классификация по типу функциональных групп Функциональныегруппы– этозаместителиприуглероднойцепи,
которые определяют принадлежность данного вещества к определенномуклассу.Органическиесоединения,имеющиеодинаковую функциональную группу, следовательно принадлежащие к одному и томужеклассу,имеютидентичныехимическиесвойства.Вприведенной таблице (Табл.1.1) дается классификация монофункциональных органических веществ в зависимости от природы функциональных групп.
13
Таблица 1.1
Функциональные группы и соответствующие классы соединений
|
|
|
Общая |
Функциональная группа |
Название класса |
формула |
|
|
|
|
класса |
|
Карбоксильная |
Карбоновые |
|
|
кислоты |
|
|
|
|
|
|
>C=O |
Карбонильная |
Альдегиды |
|
|
|
||
|
Кетоны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Алкоксикарбо- |
Сложные эфиры |
|
|
нильная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Карбоксамидная |
Амиды |
|
|
|
|
|
–C≡N |
Циано |
Нитрилы |
R–C ≡ N |
|
(нитрильная) |
|
|
|
|
|
|
–OR |
Алкоксильная |
Простые зфиры |
R–OR |
–SH |
Тиольная |
Тиолы |
R–SH |
|
(тиоспирты, |
|
|
|
(меркапто) |
|
|
|
меркаптаны) |
|
|
|
|
|
|
–SR |
Алкилтиольная |
Тиоэфиры |
R–SR |
|
(сульфиды) |
|
|
|
|
|
|
–SO3H |
Сульфоновая |
Сульфокислоты |
R–SO3H |
–NH2 |
|
|
R–NH2 |
>NH |
Амино |
Амины |
R2–NH |
>N– |
|
|
R3N |
–NO2 |
Нитро |
Нитросоединения |
R–NO2 |
Соединения с одной функциональной группой называются монофункциональными, с несколькими одинаковыми группами – полифункциональными, с несколькими разными функциональными группами –
гетерофункциональными.
14
Например: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5OH |
|
CH2 |
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
OH |
|||||||
|
|
|
OH |
Cl |
||||||
этанол |
этандиол |
2-хлор- этанол-1 |
||||||||
монофунк- |
полифункцио- |
гетерофункцио- |
||||||||
циональное |
нальное |
|
|
нальное |
|
|
1.2 Номенклатура органических соединений Тривиальная (историческая) номенклатура возникла в начале
развития органической химии, когда теория строения органических соединений А.М.Бутлерова еще не была опубликована. В прежние времена было известно относительно немного химически чистых органических веществ и новые соединения назывались по прихоти их первооткрывателя. Органическим соединениям давали случайные названия: по источнику получения (уксусная кислота, муравьиный альдегид, щавелевая кислота, яблочная кислота, ванилин), цвету или запаху (ароматические соединения), реже– по химическим свойствам (парафины). Так, мочевина представляет собой кристаллическое вещество, впервые выделенное из мочи, а барбитураты были названы их первооткрывателем в честь своей подруги Барбары. Многие подобные названия часто применяются до сих пор, например: мочевина, толуол, ксилол, уксусная кислота, масляная кислота, валериановая кислота, глюкоза, фруктоза, названия многих аминокислот. Однако данные названия не дают представления о структуре соединений. По мере того, как становилось известно все больше и больше соединений, стала очевидной потребность в систематическом методе именования соединений и для простых соединений была предложена рациональная или радикало-функциональная номенклатура, которая уже отражала структуру соединений.
15