2. ОРГАНИЧЕСКАЯ_ХИМИЯ_В_СХЕМАХ_И_РИСУНКАХ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

В

СХЕМАХ И РИСУНКАХ

Учебное пособие для студентов 2 курса (3, 4 семестры)

(очной формы обучения) для студентов 2 и 3 курсов (заочной формы обучения)

по дисциплине С2.Б.7 – «Органическая химия»

Пятигорск, 2011

УДК. 547(076)

Печатается по решению ЦМС Пятигорской государственной фармацевтической академии. Протокол №7 от 02.04.2003 г.

Коллектив авторов. Органическая химия в схемах и рисунках. Для студентов фармацевтических ВУЗ-ов. Пятигорск, ПятГФА, 2003, 101 с.

Авторы: Андреева О.А. (глава 1, 2, 4, 5) Бутенко Л.И. (глава 6) Оганесян Э.Т. (глава 2, 6) Смирнова Л.П. (глава 2, 3, 7)

Общая редакция: Зав. кафедрой, профессор Оганесян Э.Т.

Но основе действующей программы по органической химии для фармвузов создано пособие, позволяющее в сжатой и доступной форме получить сведения о строении, способах получения и реакционной способности важнейших классов органичеких соединений.

Рецензенты: профессор Компанцев В.А., доцент Саушкина А.С.

Редакционный совет:

Беликов В.Г. (отв. редактор) – проф. д.ф.н.; Вергейчик Е.Н. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Погорелов В.И. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Муравьева Д.А. – проф., д.ф.н.; Гаевый М.Д. – проф., д.м.н.; Гацан В.В. – проф., д.ф.н.

Карпова В.В.; Браташова Т.М. (отв. секретарь)

2

Оглавление
Предисловие.............................................................................................................	4
1. Основы классификации и номенклатуры органических соединений....................	5

1.1Классификация и основные разновидности номенклатуры

органических соединений .........................................................................................		5
1.2	Заместительная номенклатура углеводородов ..............................................	5

1.3Заместительная номенклатура функциональных производных

углеводородов .........................................................................................................		10
1.4	Радикало-функциональная номенклатура ....................................................	13
2. Строение углеводородов и прогнозирование их реакционной
способности....................................................................................................................		13
2.1	Понятие о гибридизации.................................................................................	13

2.2sp3-Гибридизация. Строение алканов. Прогнозирование

реакционной способности алканов ........................................................................

15

2.3Cтроение циклоалканов. Прогнозирование реакционной

способности циклоалканов .....................................................................................

17

2.4sp2-Гибридизация. Строение этилена. Прогнозирование

реакционной способности алкенов ........................................................................

18

2.5Строение бутадиена-1,3. Понятие о сопряжении. Влияние

сопряжения на реакционную способность бутадиена-1,3....................................		20
2.6	Строение бензола. Прогнозирование реакционной

способности бензола. .............................................................................................

21

2.7sp-Гибридизация. Строение ацетилена и реакционная

	способность алкинов...............................................................................................		23
3.	Электронное строение гетероциклических соединений.
Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения.............			25
	3.1	Особенности строения sp2-гибридного атома азота ....................................	25
	3.2	Электронное строение пиридина...................................................................	26
	3.3	Электронное строение пиррола.....................................................................	27
	3.4	Электронное строение пиразола ...................................................................	28
4.	Изомерия органических соединений.......................................................................		29
	4.1	Виды изомерии................................................................................................	29
	4.2	Свойства хиральных соединений ..................................................................	32
	4.3	Правила работы с проекционными формулами Фишера.............................	32
5.	Стереохимическая номенклатура ............................................................................		34
	5.1	D-, L-система обозначений .............................................................................	34
	5.2	R-,S-система обозначений .............................................................................	36
6.	Классификация и механизмы органических реакций ...........................................		40
	6.1	Классификация реакций .................................................................................	40
	6.2	Механизм реакций радикального замещения (SR) .......................................	42
	6.3	Механизм реакций электрофильного замещения (SE ) ................................	43
	6.4	Механизм реакции нуклеофильного замещения (SN) у
	sр3-гибридного атома углерода..............................................................................		44
	6.5	Механизм реакций электрофильного присоединения (AdE) ........................	45
	6.6	Механизм реакций нуклеофильного присоединения (AdN) ..........................	46
7.	Реакционная способность и способы получения органических веществ в
схемах .............................................................................................................................			48

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение органической химии в фармацевтических высших учебных заведениях ставит своей важнейшей целью формирование у студентов методического подхода к изучению взаимосвязи между строением молекул и их свойствами.

Обилие теоретического материала создает предпосылки для достижения этой цели, однако студенты зачастую испытывают острую необходимость в таком источнике информации, который позволил бы легко и быстро ответить на многие вопросы, связанные с изучением способов получения и реакционной способности органических соединений.

Настоящее учебное пособие как раз и призвано помочь студентам в сжатой и доступной форме получить сведения,

касающиеся строения и свойств важнейших классов органических соединений.

4

1. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ И НОМЕНКЛАТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1Классификация и основные разновидности номенклатуры органических соединений

Органическая химия - это химия углеводородов и их производных. Сейчас известно несколько миллионов органических соединений. Чтобы изучить такое громадное количество веществ, их разбивают на более мелкие группы - классы, в пределах которых соединения имеют сходство в строении, а значит и в химических свойствах.

Классифицировать органические вещества можно по разным признакам: I - по строению углеродной цепи они могут быть а) ациклические (уг-

леродные цепи не имеют циклов); б) циклические (углеродные цепи замкнуты в циклы);

II - по природе углерод-углеродных связей вещества делят на а) предельные (в молекулах только одинарные углерод-углеродные связи); б) непредельные (в молекулах есть двойные или тройные углерод-углеродные связи); в) ароматические (циклические соединения с особым типом связи (см.

стр. 21);

III - по наличию функциональных групп вещества относят к различным классам (важнейшие представлены в табл.1).

Номенклатура - это совокупность правил, позволяющих дать название каждому химическому соединению. Наибольшее значение имеет заместительная номенклатура; для производных углеводородов помимо заместительной часто используют радикало-функциональную номенклатуру. Для некоторых соединений применяют тривиальные (исторически сложившиеся) названия.

1.2 Заместительная номенклатура углеводородов

Углеводороды - это вещества, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода.

Чтобы дать название ациклическому углеводороду по заместительной номенклатуре надо:

1 . Выбрать родоначальную структуру, используя следующий порядок:

1)максимальное число кратных (двойных, тройных) связей;

2)максимальная длина цепи;

3)максимальное число заместителей (радикалов).

2*. Пронумеровать родоначальную структуру так, чтобы наименьшие значения (локанты) получили:

1)кратные связи;

2)углеводородные заместители.

Каждый последующий пункт действует при отсутствии предыдущего, или если предыдущий не дал однозначного ответа.

5

3 . Назвать все радикалы (см. табл.2)

4. Составить название согласно следующей схеме:

Приставка

Корень

Окончание

Углеводородные

Главная

-ан - алканы

Цифры,

заместители

углеводородная

-ен - алкены

указывающие

по алфавиту

цепь(родоначаль-

-ин - алкины

положения

ная структура)

-диен - алкадиены

кратных связей

Например:

1

2

3

H3C

CH

CH

CH

CH3

2

2

4

CH

2

5

CH2

6

CH3

3-этилгексан

5

4

CH

3

1

3

2

H3C

CH

C

CH

CH2

2

C2H5

3-метил-3-этилпентен-1

9

5-8

CH3

CH3 2

1

H3C

(CH2)

4

4C

3C

C

CH

C3H7 CH3

3,3,4-триметил-4-пропилнонин-1

1

2

3

4

H2C

C

CH

CH2

HC

CH3

CH3

2-изопропилбутадиен-1,3 или 2-(1-метилэтил)бутадиен-1,3

Таблица 1

6

7

							Таблица 2
			Названия некоторых углеводородных заместителей
		Формулы				Названия
						тривиальное,	систематическое
						допускаемое
						ИЮПАК
						I. Aлкилы
1.	CH3-					метил	метил
2.	CH -CH -		( C H - )			этил	этил
	3	2	2	5
3.	CH -CH -CH -			( C H - )		пропил	пропил
	3	2	3	3	7
4.	H3C	CH				изопропил	1-метилэтил
		CH3
5.	CH3-CH2-CH2-CH2-					бутил	н-бутил
6.	H3C	CH CH2				изобутил	2-метилпропил
		CH3
7.	H3C	CH2	CH			втор-бутил	1-метилпропил
			CH3
8.		CH3				трет-бутил	1,1-диметилэтил
	H3C	C
		CH3
						II Алкенилы
9.	H2C	CH				винил	этенил
10.	H2C	CH	CH2-			аллил	пропен-2-ил
						III Алкинилы
11.	HC	C				не используется	этинил
12.	HC	C CH2-				не используется	пропин-2-ил
						IV Арилы
13.						фенил	фенил
			(C6H5- )
14.						о-толил	2-метилфенил
		CH3
15.						бензил	фенилметил
			CH2
16.						стирил	2-фенилэтенил
			CH	CH
						8

Для циклических углеводородов в качестве родоначальной структуры выбирают или цикл, или ациклическую углеводородную цепь, связанную с циклом. Нумерацию цикла в случае наличия заместителей производят от одного заместителя к другому так, чтобы локанты получили наименьшее значение.

	4		3		CH2-CH2-CH3						CH C2H5
			2
		5		1	CH3						CH3
						втор-бутилбензол
	1-метил-2-пропилциклопентан

Для некоторых циклических углеводородов правила ИЮПАК допускают следующие тривиальные названия:

CH3	CH3	CH3	CH3			CH3		H3C	H
									C CH3
				CH3
	орто-ксилол		мета-ксилол			CH3
					пара-ксилол
толуол								кумол
			ксилолы
8	1		8	9	1				3
7	2		7		2			4	2
							5
6	3		6		3				1
							6
5	4
			5	10	4
нафталин
				антрацен			7		10
							8	9
							фенантрен
CH3							12	17
							11	13	16
						1	9
						10			15
					2			14
		декалин					8
H3C C CH3						5
					3		7
H						4	6

ментан	циклопентанпергидрофенантрен

9

1.3Заместительная номенклатура функциональных производных углеводородов

Функциональные группы (Ф.Г.) - группы атомов неуглеродного
характера, замещающие атомы водорода в углеводородной цепи и
определяющие свойства (функцию) соединений.
Важнейшими функциональными группами являются:
						Таблица 3
Азотсодержащие		Кислородсодержащие			Серусодержащие
Формула	Название	Формула		Название	Формула	Название
-NO	нитрозо-	-OH		гидрокси-
-NO2	нитро-	-OR		алкокси-	-SO3H	сульфо-
N	нитрило-		O	оксо-	-S-	тио-
-NH-	имино-	O		карбонил-
		C			RS-	алкилтио-
			O	карбоксил-
-NH2	амино-	C	OH
		O		карбамоил-
-N=N-	азо-	C	NH2
-NH-NH-	гидразо-	O		галофор-
		C	Hal	мил-
-C N	циано-	O		алкокси-
		C	O R'	карбонил-
По природе и количеству ФГ органические соединения делят на следую-
щие группы:

Функциональные производные углеводородов

Монофункциональные

Полифункциональные

Гетерофункциональные

(содержат одну Ф.Г.)

(содержат несколько

(содержат разные Ф.Г.)

одинаковых Ф.Г.)

H3C

CH2

CH2

OH

HO

CH2

CH2

CH2

OH

HO

CH2

CH2

CH2

NH2

Чтобы дать название функциональным производным углеводородов надо: 1. Выбрать родоначальную структуру - углеводородную цепь, связанную:

1)с функциональной группой (для монофункциональных соединений);

2)с большим числом функциональных групп (для полифункциональных соединений);

10