Органическая химия. Том II

УЧЕБНИК ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ





              В. Ф. Травень
ОРГАНИЧЕСКАЯ
              ХИМИЯ

              в трех томах

II

11-е издание, электронное

Допущено
Учебно-методическим объединением по классическому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 020201 -фундаментальная и прикладная химия







X чг
Москва Лаборатория знаний 2024

УДК 547 (075.8)
ББК 24.2я73
      Т65






С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
      Травень В. Ф.
Т65 Органическая химия : учебное пособие для вузов : в 3 т. Т. II / В. Ф. Травень. — 11-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2024. — 550 с. — (Учебник для высшей школы). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
         ISBN 978-5-93208-788-6 (Т. II)
         ISBN 978-5-93208-786-2
          Первое издание учебника «Органическая химия», изданного в 2004 году, получило заслуженное признание среди студентов и преподавателей. Вместе с тем переход на двухуровневую систему высшего образования предъявляет новые требования к содержанию учебников, что явилось причиной существенной переработки книги. В настоящем переработанном издании учебный материал систематизирован с учетом степени глубины изучения предмета: для начального освоения дисциплины в основных разделах излагаются фундаментальные сведения, а специализирующимся в области органической химии и продолжающим обучение после получения степени бакалавра адресованы разделы «Для углубленного изучения». Издание учебника подготовлено в комплекте с задачником (В. Ф. Травень, А. Ю. Сухоруков, Н. А. Пожарская «Задачи по органической химии») и практикумом (В. Ф. Травень, А. Е. Щекотихин «Практикум по органической химии»). Данный набор учебных изданий обеспечивает двухуровневое изложение учебного материала и не имеет аналогов.
          Для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов университетов и химико-технологических вузов.
                                                        УДК 547 (075.8)
                                                        ББК 24.2я73




       Деривативное издание на основе печатного аналога: Органическая химия : учебное пособие для вузов : в 3 т. Т. II / В. Ф. Травень. — 10-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2023. — 517 с. : ил. — (Учебник для высшей школы). — ISBN 978-5-93208-334-5 (Т. II); ISBN 978-5-93208-332-1.








В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации




ISBN 978-5-93208-788-6 (Т. II)
ISBN 978-5-93208-786-2



© Лаборатория знаний, 2015

                ОГЛАВЛЕНИЕ









ТОМ I
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. ПРИРОДА КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ. КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
Глава 2. АЛКАНЫ
Глава 3. СТЕРЕОИЗОМЕРИЯ
Глава 4. ЦИКЛОАЛКАНЫ
Глава 5. АЛКЕНЫ
Глава 6. АЛКИНЫ
Глава 7. ДИЕНЫ

ТОМ II

Сокращения и обозначения ................................... 11

Глава 8. АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. КРИТЕРИИ АРОМАТИЧНОСТИ ................................... 13
8.1. Бензол .............................................. 13
   8.1.1. Структурная формула ............................ 13
   8.1.2. Энергия сопряжения ............................. 16
   8.1.3. Электронное строение ........................... 18
8.2. Ароматичность аннуленов и их ионов .................. 20
   8.2.1. Аннулены ....................................... 20
   8.2.2. ЯМР-критерии ароматичности ..................... 23
   8.2.3. Ароматические ионы ............................. 23
   8.2.4. Квантово-химическое определение ароматичности .. 27
   8.2.5. Графический метод определения ароматичности .... 30

Оглавление

8.3. Конденсированные бензоидные углеводороды ................... 31
8.4. Небензоидные ароматические соединения ...................... 33
8.5. Гетероциклические ароматические соединения ................. 35
Для углубленного изучения ....................................... 37
   Структурные изомеры бензола ...................................37
   Металла- и элементабензолы ................................... 40
Дополнения ...................................................... 42
   Фуллерены и нанотрубки ....................................... 42

Глава 9. ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
       В АРОМАТИЧЕСКОМ РЯДУ ..................................... 46

9.1. Механизм реакций ........................................... 48
9.2. Наиболее важные реакции .................................... 51
   9.2.1. Галогенирование бензола ............................... 51
   9.2.2. Сульфирование бензола ................................. 54
   9.2.3. Нитрование бензола .................................... 56
   9.2.4. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу........................59
   9.2.5. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу ........................64
9.3. Правила ориентации ......................................... 68
   9.3.1. орто-,пара-Ориентанты (заместители первого рода) ...... 71
   9.3.2. мета-Ориентанты (заместители второго рода) ............ 74
9.4. Правила ориентации и реакционная способность замещенных бензолов с позиции теории молекулярных орбиталей ...... 77
9.5. Факторы парциальных скоростей .............................. 80
9.6. Электрофильное замещение в полизамещенных бензолах. Согласованная и несогласованная ориентация ....................... 81
Для углубленного изучения ....................................... 86
   Реакции аренов с другими электрофилами ....................... 86
   Реакции ипсо-замещения ....................................... 91
Дополнения ...................................................... 94
   Метаболизм. Фармакологические свойства и токсичность органических соединений ........................ 94

Глава 10. АЛКИЛ- И АЛКЕНИЛБЕНЗОЛЫ ............................... 97

10.1. Номенклатура производных бензола .......................... 97
10.2. Алкилбензолы .............................................. 99
    10.2.1. Способы получения ................................... 99
    10.2.2. Физические свойства ................................ 102
    10.2.3. Реакции ............................................ 102
10.3. Алкенилбензолы ........................................... 110
    10.3.1. Способы получения стирола и его производных ........ 110
    10.3.2. Реакции ............................................ 111

Оглавление

5

Для углубленного изучения ....................................... 113
    Восстановление бензола и его производных по Берчу ........... 113
    Гидрогенолиз бензильных производных. Бензильная защита функциональных групп ...................... 115
Дополнения ...................................................... 117
    Лекарства — производные бензола. Антагонисты и агонисты ......117

Глава 11. ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ                       ............................. 121

11.1. Полициклические арены с изолированными кольцами ........... 121
     11.1.1. Способы получения производных бифенила ............. 122
     11.1.2. Строение производных бифенила ...................... 123
     11.1.3. Реакции производных бифенила ....................... 123
     11.1.4. Флуорен ............................................ 124
11.2. Конденсированные бензоидные углеводороды .................. 125
     11.2.1. Способы получения .................................. 126
     11.2.2. Реакции ............................................ 129
Для углубленного изучения ....................................... 137
     Правило Хюккеля и ароматичность конденсированных бензоидных углеводородов .................. 137
     Ориентация реакций электрофильного замещения в полициклических ароматических углеводородах .............. 139
Дополнения ...................................................... 140
     Мутагенные вещества. Почему опасно курить .................. 140

Глава 12. ВВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ.
        СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ .................................... 144

12.1. Ретросинтетический анализ ................................. 144
12.2. Спектральные методы идентификации органических соединений . 148
12.3. Электронная спектроскопия поглощения ...................... 149
     12.3.1. Типы электронных переходов и области поглощения органических соединений в спектрах ЭСП ..................... 150
     12.3.2. Применение метода ЭСП для целей идентификации ...... 156
12.4. Инфракрасная спектроскопия ................................ 159
     12.4.1. Характеристические частоты поглощения органических соединений в ИК-области ....................... 166
     12.4.2. Применение метода ИК-спектроскопии для целей идентификации .................................... 166
12.5. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ............... 173
     12.5.1. Спектроскопия протонного магнитного резонанса ...... 175

Оглавление

     12.5.2. Применение метода ПМР-спектроскопии для целей идентификации ................................... 187
     12.5.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса на ядрах ¹³С .............................................. 191
12.6. Масс-спектрометрия ........................................... 195
     12.6.1. Определение молекулярной массы и молекулярной формулы .................................... 197
     12.6.2. Основные типы фрагментации органических соединений .... 201
     12.6.3. Применение метода масс-спектрометрии для целей идентификации ................................... 203
Дополнения ......................................................... 208
     Молекулярная электроника ...................................... 208

Глава 13. ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ АЛКАНОВ ............................... 211

13.1. Классификация и номенклатура ................................. 211
13.2. Способы получения ............................................ 211
13.3. Физические свойства и строение ............................... 213
     13.3.1. Физические свойства ................................... 213
     13.3.2. Электронное строение .................................. 214
13.4. Реакции ...................................................... 215
     13.4.1. Бимолекулярное нуклеофильное замещение ................ 217
     13.4.2. Мономолекулярное нуклеофильное замещение .............. 229
     13.4.3. Элиминирование ........................................ 235
13.5. Спектральный анализ галогенпроизводных ....................... 248
Для углубленного изучения .......................................... 250
     Амбидентные нуклеофилы ........................................ 250
     Участие соседних групп. Сохранение конфигурации в реакциях SN . 252
Дополнения ......................................................... 256
     Иммунная система живого организма. Антигены и антитела ........................................... 256

Глава 14. ГАЛОГЕНАЛКЕНЫ И ГАЛОГЕНАРЕНЫ ............................. 259

14.1. Классификация и номенклатура ................................. 259
14.2. Способы получения ............................................ 260
14.3. Физические свойства и строение ............................... 262
     14.3.1. Физические свойства ................................... 262
     14.3.2. Электронное строение .................................. 263
14.4. Реакции ...................................................... 265
     14.4.1. Реакции винилгалогенидов .............................. 265
     14.4.2. Нуклеофильное замещение галогена в галогенаренах ...... 265

Оглавление

7

Для углубленного изучения ......................................... 275
     Реакции замещения галогена, катализируемые соединениями меди . 275
Дополнения ........................................................ 278
     Галогенуглеводороды в окружающей среде ....................... 278

Глава 15. ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ......................... 282

15.1. Металлоорганические соединения .............................. 283
     15.1.1. Номенклатура ......................................... 283
     15.1.2. Способы получения .................................... 284
     15.1.3. Физические свойства и строение ....................... 289
     15.1.4. Реакции .............................................. 292
15.2. Комплексы переходных металлов ............................... 303
     15.2.1. Строение ............................................. 303
     15.2.2. Реакции .............................................. 307
15.3. Борорганические соединения. Бораны .......................... 310
     15.3.1. Номенклатура ......................................... 310
     15.3.2. Способы получения .................................... 311
     15.3.3. Физические свойства и строение ....................... 312
     15.3.4. Реакции .............................................. 314
15.4. Кремнийорганические соединения .............................. 315
     15.4.1. Силаны ............................................... 316
     15.4.2. Силоксаны ............................................ 317
15.5. Фосфорорганические соединения ............................... 317
     15.5.1. Фосфины .............................................. 318
     15.5.2. Фосфораны ............................................ 319
Для углубленного изучения ......................................... 320
     Реакции кросс-сочетания, катализируемые соединениями переходных металлов ............................. 320
Дополнения ........................................................ 324
     Фемтосекундная спектроскопия. Механизмы реакций в реальном времени ......................... 324

Глава 16. СПИРТЫ .................................................. 327

16.1. Классификация и номенклатура ................................ 327
16.2. Способы получения ........................................... 329
16.3. Физические свойства и строение .............................. 331
     16.3.1. Физические свойства .................................. 331
     16.3.2. Пространственное и электронное строение .............. 333

Оглавление

16.4. Реакции ...................................................... 334
     16.4.1. Кислотность и основность .............................. 334
     16.4.2. Спирты и алкоксид-ионы как нуклеофильные реагенты ..... 336
     16.4.3. Нуклеофильное замещение гидроксигруппы ................ 340
     16.4.4. Окисление ............................................. 356
     16.4.5. Замещение гидроксигруппы на водород ................... 362
16.5. Многоатомные спирты .......................................... 363
16.6. Спектральный анализ спиртов .................................. 363
Для углубленного изучения .......................................... 368
     Кислотность алифатических спиртов в различных фазах ........... 368
     Превращения спиртов в «суперкислотах» ........................ 369
     Механизм окисления спиртов осединениями хрома ................. 369
     Защита гидроксильной группы в спиртах ......................... 371
Дополнения ......................................................... 373
     Роль этанола в организме человека ............................. 373

Глава 17. ФЕНОЛЫ ................................................... 375
17.1. Классификация и номенклатура ................................. 375
17.2. Способы получения ............................................ 376
17.3. Физические свойства и строение ............................... 379
     17.3.1. Физические свойства ................................... 379
     17.3.2. Пространственное и электронное строение ............... 380
17.4. Реакции ...................................................... 381
     17.4.1. Кислотность ........................................... 381
     17.4.2. Нуклеофильные свойства фенолов и феноксид-ионов ....... 383
     17.4.3. Замещение гидроксигруппы в нитрофенолах ............... 390
     17.4.4. Электрофильное ароматическое замещение в фенолах .......391
     17.4.5. Окисление ............................................. 399
     17.4.6. Восстановление ........................................ 400
Для углубленного изучения .......................................... 402
     Методы прямого введения гидроксигруппы в ароматическое кольцо . 402
Дополнения ......................................................... 405
     Природные фенолы — эффективные антиоксиданты ...................405

Глава 18. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ. ЦИКЛИЧЕСКИЕ ЭФИРЫ ............................................... 409
18.1. Простые эфиры ................................................ 409
     18.1.1. Классификация и номенклатура .......................... 409
     18.1.2. Способы получения ..................................... 410

Оглавление

9

     18.1.3. Физические свойства и строение ...................... 411
     18.1.4. Реакции ............................................. 413
18.2. Циклические эфиры .......................................... 417
     18.2.1. Классификация и номенклатура ........................ 417
     18.2.2. Оксираны ............................................ 418
     18.2.3. Краун-эфиры ......................................... 425
18.3. Спектральный анализ эфиров ................................. 426
Для углубленного изучения ........................................ 428
     Новые методы расщепления простых эфиров ..................... 428
Дополнения ....................................................... 429
     Макролиды. Транспорт ионов через клеточные мембраны ......... 429

Глава 19. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ ..................................... 431

19.1. Насыщенные и ароматические альдегиды и кетоны .............. 431
     19.1.1. Номенклатура ........................................ 431
     19.1.2. Способы получения ................................... 433
     19.1.3. Физические свойства и строение ...................... 437
     19.1.4. Реакции по карбонильной группе ...................... 440
     19.1.5. Реакции енольных форм альдегидов и кетонов .......... 470
19.2. Ненасыщенные альдегиды и кетоны ............................ 481
     19.2.1. Классификация ....................................... 481
     19.2.2. Способы получения ................................... 483
     19.2.3. Электронное строение ................................ 484
     19.2.4. Реакции ............................................. 485
19.3. Кетены ..................................................... 492
     19.3.1. Способы получения ................................... 493
     19.3.2. Физические свойства и строение ...................... 493
     19.3.3. Реакции ............................................. 494
19.4. Хиноны ..................................................... 495
     19.4.1. Способы получения ................................... 495
     19.4.2. Физические свойства и строение 1,4-бензохинона ...... 496
     19.4.3. Реакции ............................................. 497
19.5. Спектральный анализ альдегидов и кетонов ................... 500
Для углубленного изучения ........................................ 503
     Термодинамический и кинетический контроль. Регио- и стереоселективность енолизации ..................... 503
     Направленные перекрестные альдольные конденсации ............ 505
     Стереоселективные альдольные конденсации .................... 507
     Внутримолекулярные альдольные конденсации ................... 510
Дополнения ....................................................... 512
     Природные хиноны и процессы переноса электронов в живых системах ............................................ 512
ЛИТЕРАТУРА ....................................................... 514
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ............................................. 518

Оглавление

ТОМ III
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Глава 20. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
Глава 21. СУЛЬФОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Глава 22. НИТРОСОЕДИНЕНИЯ
Глава 23. АМИНЫ
Глава 24. ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ
Глава 25. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Глава 26. УГЛЕВОДЫ
Глава 27. АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ
Глава 28. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ