В книге рассмотрены основные классы циклических и нециклических органических соединений, их строение, свойства, получение. Теоретические представления, спектральные характеристики, вопросы стереохимии, кинетики и термодинамики, сведения о важнейших современных методах синтеза и анализа излагаются в тесной связи с обсуждаемым материалом.

Учебник предназначен для студентов химических факультетов университетов и химических вузов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Отбор и систематизация материала для этого учебника, предназначенного для студентов химических факультетов, первый год обучающихся органической химии*, проводились в соответствии с главной задачей курса - заложить основы активных знаний, используя которые можно было бы ориентироваться в современных исследованиях по химии и плодотворно работать в избранной области.

Чтобы не выходить за рамки разумного объема и обеспечить краткость изложения, в учебник не были включены сведения, полученные учащимися еще в школе, а также сведения из тех областей органической химии, которые развились настолько, что превратились в предметы специального изучения (химия антрахинона, сложных красителей и гетероциклов, стероидов, терпенов, алициклов большого размера, некоторых элементоорганических соединений, жиров и восков и т.д.).

Учебник выпущен в 2-х книгах: Часть 1. «Нециклические соединения» и Часть 2. «Циклические соединения».

Теоретические представления, спектральные характеристики, вопросы стереохимии, кинетики и термодинамики, сведения о важнейших современных методах синтеза и анализа излагаются в тесной связи с обсуждаемым материалом и потому легче усваиваются. Так, например, суть ИК-спектроскопии и масс-спектрометрии, использование энергетического профиля реакции для суждения о ее механизме описываются уже в разделе об алканах; в разделе об алкенах студент знакомится с металлокомплексным катализом (метатезис, гидроформилирование, восстановление, полимеризация), в разделе о диенах-с теорией молекулярных орбиталей, УФ-спектроскопией, кинетическим и термодинамическим контролем реакций и основами теории перициклических реакций, в разделе об алкинах-с представлением о СН-кислотности, сопряженных кислотах и основаниях, в разделе об алкилгалогенидах - с механизмами S _N1- и S_N2 -замещения, ролью растворителя и ионных пар в этих реакциях, в разделе о спиртахс принципом мягких и жестких кислот и оснований, в разделе о эфирах и а-оксидах - с использованием краун-эфиров и межфазного катализа в органическом синтезе, и т.д. Отдельная глава, помещенная после рассмотрения альдегидов и кетонов, посвящена методу ЯМР. Она написана доктором химических наук А. С. Шашковым

^*Учебники, предназначенные для лиц, специализирующихся в области органической химии, обычно называют курсами для углубленного изучения,

Автор более 20 лет читал общий курс органической химии на химическом факультете МГУ и пришел к выводу, что целесообразно гибко сочетать различные подходы к классификации излагаемого материала. Систематизация по функциональному признаку распространена на алифатические нециклические соединения. К рассмотрению циклических соединений студент приступает, уже зная свойства функций. В случае алициклов, которые в части II обсуждаются первыми*, этот подход позволяет выяснить, как влияют размер цикла и пространственные особенности строения на их реакционную способность. В разделе, посвященном простейшим бензоидным системам, которые описываются вслед за алициклическими, материал систематизирован так же, как и в случае нециклических соединений, т.е. по функциям. Особое внимание обращается на специфические свойства последних (т.е. отличные от таковых в неароматических соединениях), а также на влияние заместителей на ароматическое ядро.

С тем чтобы не слишком увеличивать объем учебника, в него не включен раздел «Гетероциклические соединения». Соответствующий материал, как правило, обсуждается в специальных курсах. Следует также отметить, что в зарубежных учебниках он или не приводится вовсе или дается в весьма краткой форме.

не приводится вовсе или дается в весьма краткой форме. Почти во всех учебниках рассмотрение каждого класса органических соединений начинается с перечисления методов их синтеза. Это нарушает логику изложения, поскольку включает материал, с которым учащийся еще не знаком. Так, например, при обсуждении алканов в самом начале обычно приводятся такие методы их получения, как действие воды на магнийорганические соединения, электролиз солей карбоновых кислот, действие металлического натрия на алкилгалогениды. Вместе с тем соответствующий материал подробно обсуждается позднее при рассмотрении свойств магнийорганических соединений, солей карбоновых кислот и галогенпроизводных. Следовательно, в этом случае читателя ориентируют не на п о н и м а н и е , а на з а п о м и н а н и е . Если же рассмотрение какого-то класса соединений производится в середине или в конце курса, то выделение методов синтеза в специальный раздел снова будет нецелесообразным. Это объясняется тем, что с большей частью материала учащийся оказывается уже ознакомленным при описании свойств тех классов соединений, которые рассматривались ранее. Так, например, когда он приступает к изучению аминов, ему уже знакомы такие методы их получения, как алкилирование аммиака алкилгалогенидами, спиртами и эпоксидами, восстановительное аминирование кетонов, перегруппировка и восстановление оксимов кетонов, реакция Манниха, присоединение аммиака к α,β-непредельным кетонам, восстановление амидов, нитрилов и нитросоединений, реакция Лейкарта, цианэтилирование аммиака и аминов, перегруппировки амидов и гидразидов карбоновых кислот.

^* В написании разд. 10, посвященного алициклическим соединениям, принимал участие докт. хим. наук В. В. Самошин.

В связи со сказанным автор считает целесообразным наряду с общими сведениями о данном классе соединений коснуться лишь тех методов их получения, которые не были упомянуты ранее и не будут описаны в дальнейшем. В конце второй части учебника «Циклические соединения» приведен справочный аппарат к двум книгам: указатель веществ и указатель, в котором для каждого класса соединений приведен перечень реакций их синтеза и реакций, которые уже обсуждались при описании свойств соединений других классов.

Для того чтобы понимать друг друга, химики должны «говорить на одном языке»-пользоваться едиными правилами номенклатуры. Однако достаточного единства в вопросах номенклатуры органических соединений до сего времени практически нет даже среди ближайших коллег. Обычно каждый учащийся или исследователь приобретает необходимые навыки в пользовании номенклатурой постепенно в ходе работы. В настоящем руководстве вопросы номенклатуры не обсуждаются. Предполагается, что учащийся ознакомился с основами соответствующих правил еще в школе, а затем-на семинарах и самостоятельно. В качестве пособий для первоначального ознакомления могут быть рекомендованы: Потапов В. М., Татаринчик С. Н. Органическая химия. М.: Химия, 1980; Агрономов А. Е., БолесовИ. Г., Потапов В. М., Фосс В. Л., Чуранов С. С , Шабаров Ю. С. Задачи и упражнения по органической химии. М.: изд-во МГУ, 1971. Гл. 1. Для знакомства с современными правилами номенклатуры можно рекомендовать книги: Бенкс Дж. Названия органических соединений. М.: Химия, 1980; КанР., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру. М.: Химия, 1983; ЖВХО им. Д. И. Менделеева. 1983. № 3.

Для контроля за качеством усвоения материала после каждой главы помещен краткий список контрольных вопросов.

Автор приносит благодарность профессорам К. П. Бутину, А. Л. Курцу, В. М. Потапову , 3. В. Тодресу за советы и ценные рекомендации, а также преподавателям кафедры органической химии химического факультета МГУ, замечания которых, делавшиеся в ходе чтения лекций, много способствовали устранению неточностей и недостатков в изложении и побуждали включать новый материал в данную книгу.

ВВЕДЕНИЕ

Среди элементов Периодической системы Д. И. Менделеева углерод занимает особое место. Это связано с тем, что его атомы, обладая способностью образовывать между собой достаточно прочные связи, служат как бы «кирпичиками», из которых могут быть построены так называемые углеродные скелеты - прямые и разветвленные цепи, различные циклы, объемные структурыбесчисленного множества молекул. Валентности углерода, оставшиеся свободными в углеродном скелете, насыщаются за счет образования связей с водородом (при этом получаются молекулы углеводородов), а также с другими атомами и группами атомов (последние называются заместителями). Возможность варьировать число и взаимное расположение атомов в углеродном скелете, а также число, виды и взаимное расположение заместителей приводит к тому, что можно «сконструировать» сколь угодно большое число соединений углерода. Это явилось одной из причин, заставивших выделить химию последних в отдельную науку. Для этой науки характерен свой подход к систематизации материала, к разработке новых путей развития. Ее стали называть органической химией, поскольку первые соединения углерода были выделены из живых организмов или из продуктов их жизнедеятельности*.

Впоследствии было установлено, что соединения углерода играют решающую роль практически во всех процессах, определяющих характер функционирования живой клетки, так что первоначальное название науки о соединениях углерода - органическая химия-справедливо и в настоящее время.

Органическая химия, с одной стороны, соприкасается с неорганической, поскольку объектами ее изучения являются, например, производные угольной кислоты или соединения кремния и бора, в молекулах которых содержание углерода сравнительно невелико, а с другой стороны,-с биологией, поскольку ряд ее разделов посвящен исследованию веществ, активно участвующих в процессах жизнедеятельности (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, лепиды, стероидные гормоны и др.).

^*История развития теоретических представлений в органической химии и роль теории А. М. Бутлерова в становлении органической химии как науки подробно освещена во многих учебниках. Например, Несмеяновы А. Н. и Н.А. Начала органической химии. М.: Химия, 1974. Т. 1.

Колоссальное разнообразие и специфичность свойств органических соединений привели к тому, что успехи органической химии стали существенно влиять на развитие уже сложившихся химических дисциплин (неорганическая, аналитическая, физическая химии, биохимия) и способствовать возникновению новых (полимерные материалы, искусственная пища, биоорганическая химия и молекулярная биология). Практическая важность органических соединений определила возникновение и развитие многих специальных разделов органической химии (химия красителей, лекарственных, взрывчатых и душистых веществ, средств защиты растений, топлив, конструкционных материалов).

Органическая химия все глубже и интенсивнее проникает в смежные области знания. Происходит естественный процессисчезновение четких границ, разделяющих области науки, и быстрый рост смежных дисциплин, где «на стыке наук» часто делаются открытия, определяющие направления исследований на долгие годы.