ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Том 1 Колодзейчик

Stan: NOWA

Okładka: miękka

Format: B5

Opis:

Niniejszy dwutomowy skrypt zawiera zakres materiału wykładowego od wiązań chemicznych, alkanów i cykloalkanów poprzez halogenki alkilowe, reakcje substytucji nukleofilowej i eliminacji, alkeny, alkiny, dieny, związki aromatyczne, alkohole, etery, epoksydy, tiole, sulfidy, fenole, związki karbonylowe, kwasy karboksylowe i ich pochodne, organiczne pochodne kwasu węglowego, aminy, aż po węglowodany, aminokwasy, peptydy, związki heterocykliczne i fosfoorganiczne. Omówiono ich budowę, występowanie, właściwości chemiczne i fizyczne, działanie fizjologiczne oraz otrzymywanie. Zamieszczono także przykładowe pytania oraz zadania do samodzielnego rozwiązywania celem utrwalenia przyswojonego materiału.

W części I skryptu zamieszczono wiadomości dotyczące struktury elektronowej i wiązań chemicznych występujących w związkach organicznych, omówiono izomerię, węglowodory nasycone, nienasycone i aromatyczne oraz związki z tlenowymi grupami funkcyjnymi.

Część II obejmuje materiał poświęcony związkom zawierającym grupę karbonylową, opisano struktury z azotowymi grupami funkcyjnymi, a także cukry, aromatyczne związki heterocykliczne oraz związki zawierające fosfor. Skrypt opatrzony został skorowidzem rzeczowym, co znacznie ułatwia czytelnikowi odnalezienie określonych związków i reakcji chemicznych i zapewnia komfort korzystania z podręcznika.

Słowa kluczowe:

alkohole, reakcje eliminacji, fenole, tiole i sulfidy, reaktywność arenów, halogenoalkany, wiązania chemiczne, reakcje substytucji, etery, alkany, alkiny, węglowodory aromatyczne – areny, alkadieny (polieny), aminokwasy, cukry, nitryle, halogenki kwasowe, halogenokwasy, peptydy, hydroksykwasy, amidy, kwasy karboksylowe, aminy heterocykliczne zw. aromatyczne, zw. karbonylowe, pochodne kwasu węglowego

TOM 1

SPIS TREŚCI

Wstęp .. 9

1. WIĄZANIA CHEMICZNE .. 11

1.1. Wprowadzenie .. 11

1.2. Wiązania chemiczne .. 13

1.3. Konfiguracja elektronów, orbitale atomowe .. 15

1.4. Orbitale cząsteczkowe .. 17

1.5. Hybrydyzacja .. 18

1.6. Cząsteczka metanu .. 19

1.7. Cząsteczka etanu .. 20

1.8. Swobodny obrót wokół pojedynczego wiązania, rotamery .. 20

1.9. Wiązania kowalencyjne spolaryzowane, moment dipolowy .. 24

1.10. Wiązania międzycząsteczkowe .. 27

1.10.1. Przyciąganie dipol-dipol .. 27

1.10.2. Siły dyspersyjne – van der Waalsa (Londona) .. 28

1.10.3. Wiązanie wodorowe .. 28

2. ALKANY .. 30

2.1. Wprowadzenie .. 30

2.2. Alkany alifatyczne (prostołańcuchowe) .. 31

2.3. Izoalkany – węglowodory nasycone rozgałęzione .. 32

2.4. Nomenklatura alkanów .. 32

2.4.1. Nomenklatura systematyczna wg IUPAC .. 33

2.4.2. Nomenklatura alkanów rozgałęzionych wg IUPAC .. 34

2.5. Źródła alkanów .. 36

2.5.1. Frakcje ropy naftowej (temperatura wrzenia w °C, zawartość atomów C w czą-steczkach) .. 36

2.5.2. Hydrat metanu .. 37

2.6. Wykorzystanie alkanów .. 38

2.7. Synteza alkanów .. 39

2.8. Właściwości fizyczne i fizjologiczne alkanów .. 40

2.8.1. Temperatura wrzenia .. 40

2.8.2. Temperatura topnienia .. 40

2.8.3. Rozpuszczalność .. 41

2.8.4. Gęstość .. 41

2.8.5. Palność .. 41

2.8.6. Zapach .. 41

2.9. Właściwości chemiczne alkanów (reaktywność) .. 42

2.9.1. Spalanie .. 42

2.9.2. Półspalanie .. 42

2.9.3. Niepełne spalanie .. 42

2.9.4. Bromowanie .. 42

2.9.5. Piroliza .. 42

2.9.6. Nitrowanie, sulfonowanie .. 43

2.10. Cykloalkany (węglowodory alicykliczne) .. 44

2.10.1. Nomenklatura .. 44

2.10.2. Występowanie .. 45

2.10.3. Otrzymywanie cykloalkanów .. 45

2.10.4. Właściwości fizyczne .. 46

2.10.5. Właściwości chemiczne .. 46

2.10.6. Konformacje cykloalkanów .. 48

2.10.7. Konformacje cykloheksanu .. 49

2.10.8. Izomeria cis-trans dipodstawionych cykloalkanów .. 51

3. HALOGENOALKANY, REAKCJE SUBSTYTUCJI .. 54

3.1. Występowanie i wykorzystanie .. 54

3.2. Nomenklatura .. 55

3.3. Otrzymywanie .. 55

3.3.1. Halogenowanie wolnorodnikowe .. 55

3.3.2. Chlorowanie utleniające .. 56

3.3.3. Addycja halogenowodoru do podwójnego (potrójnego) wiązania .. 56

3.3.4. Addycja halogenu do podwójnego (potrójnego) wiązania .. 56

3.3.5. Substytucja grupy hydroksylowej przez halogen .. 56

3.3.6. Substytucja halogenu przez inny halogen .. 56

3.4. Mechanizm reakcji halogenowania alkanów .. 57

3.4.1. Mechanizm reakcji rodnikowych .. 59

3.4.2. Regiospecyficzność reakcji halogenowania alkanów .. 60

3.4.3. Halogenowanie cykloalkanów .. 63

3.5. Izomeria .. 65

3.5.1. Izomery konstytucyjne .. 65

3.5.2. Stereoizomery .. 66

3.5.3. Sposoby rozróżniania stereoizomerów .. 68

3.5.4. Reguły pierwszeństwa wg Cahna, Ingolda i Preloga .. 69

3.5.5. Projekcja Fischera – konfiguracja względna .. 71

3.5.6. Konfiguracje cząsteczek zawierających dwa centra chiralne .. 73

3.5.7. Enancjomery .. 74

3.5.8. Stereochemia związków cyklicznych .. 75

3.6. Właściwości fizykochemiczne halogenoalkanów .. 75

3.7. Właściwości chemiczne – reaktywność halogenoalkanów .. 76

3.7.1. Substytucja nukleofilowa SN .. 77

3.7.1.1. Kinetyka reakcji substytucji nukleofilowej (SN) .. 77

3.7.1.2. Mechanizm SN2 .. 78

3.7.1.3. Reaktywność halogenków alkilowych .. 80

3.7.1.4. Inwersja konfiguracji .. 81

3.7.1.5. Wpływ rozpuszczalnika na reakcję SN2 .. 82

3.7.1.6. Czynniki ułatwiające reakcje SN2 .. 83

3.7.2. Reakcje SN1 .. 83

3.7.2.1. Stereochemia reakcji SN1 .. 85

3.7.2.2. Wpływ rozpuszczalnika na reakcję SN1 .. 86

3.7.2.3. Wpływ grupy odchodzącej .. 87

3.7.2.4. Wpływ konstytucji substratu .. 87

3.7.2.5. Wpływ nukleofila .. 88

3.7.3. Porównanie reakcji biegnących mechanizmem SN1 i SN2 .. 88

4. REAKCJE ELIMINACJI .. 89

4.1. Reakcje eliminacji typu E2 .. 89

4.1.1. Reguła Zajcewa .. 89

4.1.2. Przykłady reakcji eliminacji (orientacja reakcji dehydrohalogenacji) .. 91

4.1.3. Reakcje eliminacji halogenowodorów ze związków chiralnych – stereochemia reakcji E2 .. 92

4.2. Reakcje eliminacji typu E1 .. 94

4.2.1. Mechanizm reakcji .. 94

4.3. Reakcja dehydratacji .. 96

4.4. Porównanie reakcji substytucji nukleofilowej i eliminacji .. 96

5. ALKENY .. 99

5.1. Występowanie .. 99

5.2. Stopień nienasycenia .. 100

5.3. Nomenklatura .. 101

5.3.1. Zasada najniższego zestawu lokautów .. 101

5.3.2. Izomeria cis/trans .. 102

5.4. Właściwości fizyczne, fizykochemiczne i fizjologiczne alkenów .. 103

5.4.1. Temperatura wrzenia i topnienia .. 103

5.4.2. Rozpuszczalność .. 103

5.4.3. Palność .. 103

5.4.4. Zapach .. 103

5.5. Elektronowa struktura wiązania C=C .. 104

5.6. Otrzymywanie alkenów .. 105

5.6.1. Piroliza ropopochodnych .. 105

5.6.2. Laboratoryjna synteza alkenów .. 105

5.7. Właściwości chemiczne alkenów .. 105

5.7.1. Uwodornienie .. 106

5.7.2. Ciepło uwodornienia alkenów .. 108

5.7.3. Uwodornienia alkenów, a ich trwałość .. 108

5.7.4. Trwałość cykloalkenów .. 109

5.8. Addycja elektrofilowa .. 110

5.8.1. Orientacja w reakcjach addycji elektrofilowej .. 111

5.8.2. Reguła Miarkownikowa .. 111

5.8.3. Addycja niezgodna z regułą Miarkownikowa .. 113

5.8.4. Addycja fluorowców .. 114

5.8.5. Addycja wody – hydratacja .. 117

5.8.6. Reakcje hydroborowania .. 118

5.8.7. Otrzymywanie halohydryn – addycja halogenów do alkenów w wodnym środo-wisku .. 120

5.8.8. Oksyrtęciowanie .. 121

5.8.9. Halogenowanie w pozycji allilowej .. 122

5.8.10. Addycja karbenów do podwójnego wiązania C=C .. 123

5.8.11. Reakcja Simmonsa-Smitha .. 124

5.9. Utlenienie podwójnego wiązania C=C (tworzenie wiązania C-O) .. 124

5.9.1. Epoksydowanie .. 124

5.9.2. Hydroksylowanie podwójnego wiązania C=C .. 125

5.9.3. Ozonoliza .. 126

5.10. Polimeryzacja rodnikowa alkenów .. 127

6. ALKINY .. 130

6.1. Budowa elektronowa potrójnego wiązania .. 130

6.2. Występowanie .. 131

6.3. Nomenklatura .. 131

6.3.1. Zasady IUPAC .. 131

6.3.2. Nazewnictwo zwyczajowe .. 132

6.4. Otrzymywanie alkinów .. 132

6.5. Właściwości fizykochemiczne alkinów .. 133

6.6. Właściwości chemiczne alkinów .. 134

6.6.1. Addycja elektrofilowa .. 134

6.6.2. Addycja halogenowodorów .. 134

6.6.3. Addycja halogenów .. 135

6.6.4. Addycja wody .. 135

6.6.5. Hydroborowanie alkinów z następczym utlenianiem .. 136

6.6.6. Redukcja alkinów .. 137

6.6.7. Utleniające rozszczepienie wiązania C≡C .. 139

6.6.8. Kwasowość alkinów terminalnych .. 139

7. ALKADIENY (polieny) .. 141

7.1. Wprowadzenie .. 141

7.2. Allen .. 141

7.2.1. Właściwości chemiczne .. 141

7.3. Dieny izolowane .. 142

7.4. Dieny sprzężone .. 143

7.4.1. Występowanie .. 143

7.4.2. Delokalizacja wiązań .. 143

7.4.3. Konformacja buta-1,3-dienu .. 145

7.5. Właściwości chemiczne dienów sprzężonych .. 145

7.5.1. Addycja bromowodoru i bromu .. 145

7.6. Reakcja Dielsa-Aldera .. 149

8. WĘGLOWODORY AROMATYCZNE – ARENY .. 152

8.1. Wprowadzenie .. 152

8.2. Występowanie .. 153

8.2.1. Źródła węglowodorów aromatycznych .. 154

8.2.2. Przemysłowa produkcja arenów .. 154

8.3. Właściwości chemiczne arenów .. 155

8.3.1. Uwodornienie arenów .. 155

8.4. Reguła Hückela .. 156

8.5. Struktura rezonansowa cząsteczki benzenu .. 157

8.6. Hemocylkiczne związki aromatyczne o pierścieniu różnym od sześcioczłonowego .. 157 8.7. Policykliczne węglowodory aromatyczne o skondensowanych pierścieniach .. 161

8.8. Struktura elektronowa benzenu .. 161

8.9. Struktura elektronowa naftalenu .. 162

8.10. Struktura elektronowa anionu cyklopentadienowego .. 162

8.11. Nazewnictwo pochodnych benzenu .. 163

8.12. Właściwości fizyczne .. 164

9. REAKTYWNOŚĆ ARENÓW .. 165

9.1. Substytucja elektrofilowa SE .. 165

9.1.1. Halogenowanie .. 166

9.1.2. Nitrowanie .. 166

9.1.3. Sulfonowanie .. 168

9.1.4. Reakcje Friedla-Craftsa .. 171

9.2. Efekt podstawnikowy w reakcjach SE .. 174

9.3. Substytucja elektrofilowa dipodstawionego benzenu – sumowanie efektów kierujących .. 178

9.4. Reakcje SE naftalenu .. 179

9.4.1. Sulfonowanie naftalenu .. 180

9.4.2. Reakcje substytucji elektrofilowej podstawionego naftalenu .. 181

9.4.3. Polisulfonowanie naftalenu .. 182

9.5. Reakcje substytucji nukleofilowej arenów – SN .. 183

9.5.1. Mechanizm reakcji SN – addycja/eliminacja .. 184

9.5.2. Mechanizm reakcji SN – eliminacja/addycja .. 185

9.6. Benzyn .. 185

9.7. Halogenowanie alkiloarenów w łańcuchu bocznym .. 186

9.8. Reakcje addycji do pierścienia aromatycznego – chlorowanie benzenu .. 187

9.9. Utlenianie alkiloarenów .. 188

9.10. Redukcja arenów .. 189

9.10.1. Uwodornienie selektywne .. 190

9.10.2 Redukcja metalami .. 190

10. ALKOHOLE .. 193

10.1. Wprowadzenie .. 193

10.2. Występowanie .. 194

10.3. Nomenklatura .. 194

10.3.1. Nazewnictwo systematyczne .. 194

10.3.2. Nazewnictwo podstawnikowe .. 195

10.3.3. Nazewnictwo grupowo-funkcyjne .. 195

10.3.4. Nazewnictwo zwyczajowe .. 195

10.3.5. Nazewnictwo metanolowe (karbinolowe) .. 195

10.3.6. Diole i poliole .. 196

10.4. Otrzymywanie i zastosowanie alkoholi .. 196

10.4.1. Produkcja masowa alkoholi .. 196

10.4.2 Laboratoryjne sposoby otrzymywania alkoholi .. 197

10.5. Właściwości fizyczne alkoholi .. 200

10.5.1. Rozpuszczalność .. 200

10.5.2. Temperatura wrzenia i topnienia – wiązania wodorowe .. 201

10.6. Właściwości chemiczne .. 202

10.6.1. Kwasowość, alkoholany .. 202

10.6.2. Utlenianie .. 204

10.6.3. Dehydratacja alkoholi .. 206

10.6.4. Przegrupowanie pinakolinowe .. 208

10.6.5. Podstawienie grupy hydroksylowej w alkoholach .. 209

11. ETERY .. 212

11.1. Wprowadzenie .. 212

11.2. Występowanie .. 212

11.3. Nomenklatura .. 213

11.3.1. Reguły IUPAC .. 213

11.3.2. Nazewnictwo podstawnikowe .. 213

11.3.3. Nazewnictwo zamienne .. 213

11.4. Właściwości fizyczne i fizjologiczne .. 214

11.4.1. Temperatura wrzenia .. 214

11.4.2. Zapach eterów .. 214

11.4.3. Rozpuszczalność .. 214

11.4.4. Zastosowanie .. 214

11.5. Otrzymywanie eterów .. 215

11.5.1. Metoda przemysłowa .. 215

11.5.2. Reakcja Williamsona .. 216

11.5.3. Alkoksyrtęciowanie/odrtęciowanie alkenów .. 217

11.6. Właściwości chemiczne .. 217

11.6.1. Acydolityczne rozszczepienie wiązania eterowego .. 217

11.6.2. Autooksydacja eterów .. 219

11.7. Etery cykliczne, epoksydy .. 219

11.7.1. Nomenklatura .. 219

11.7.2. Otrzymywanie .. 220

11.8. Właściwości chemiczne .. 221

11.8.1. Hydroliza .. 221

11.8.2. Reakcja z innymi odczynnikami nukleofilowymi .. 221

11.8.3. Regioselektywność otwierania pierścienia epoksydowego .. 222

11.8.4. Wyższe etery cykliczne .. 224

11.8.5. Etery koronowe – korony .. 225

11.8.6. Otrzymywanie eterów koronowych .. 226

12. TIOLE I SULFIDY .. 228

12.1. Występowanie .. 228

12.3. Nazewnictwo tioli .. 230

12.3.1. Nazewnictwo IUPAC .. 230

12.3.2 Nazewnictwo podstawnikowe .. 230

12.4. Nazewnictwo sulfidów .. 231

12.4.1. Nazewnictwo systematyczne .. 231

12.4.2. Nazewnictwo wymienne .. 231

12.5. Otrzymywanie tioli .. 231

12.6. Właściwości fizyczne i fizjologiczne tioli .. 232

12.7. Właściwości chemiczne tioli .. 232

12.7.1. Właściwości kwasowe .. 232

12.7.2. Właściwości nukleofilowe .. 233

12.7.3. Utlenianie tioli i sulfidów .. 234

13. FENOLE .. 236

13.1. Występowanie w przyrodzie .. 237

13.2. Źródła fenoli .. 238

13.2.1. Otrzymywanie fenolu .. 238

13.3. Właściwości fizykochemiczne i fizjologiczne .. 239

13.4. Właściwości kwasowo-zasadowe .. 240

13.5. Czynniki wpływające na kwasowość związków organicznych .. 241

13.6. Właściwości chemiczne fenoli .. 241

13.6.1. Reakcje na grupie hydroksylowej .. 241

13.6.2. Utlenianie .. 243

13.6.3. Reakcje substytucji elektrofilowej SE .. 246

13.6.4. Uwodornienie fenolu .. 250

13.7. Fenole o dużym znaczeniu praktycznym .. 250

BIBLIOGRAFIA .. 251

SKOROWIDZ .. 25

Słowa kluczowe: alkohole, reakcje eliminacji, fenole, tiole i sulfidy, reaktywność arenów, halogenoalkany, wiązania chemiczne, reakcje substytucji, etery, alkany, alkiny, węglowodory aromatyczne – areny, alkadieny (polieny)