Podstawy chemii organicznej. Tom 1
Aleksander Kołodziejczyk, Krystyna Dzierzbicka
rok wydania: 2013
stron: 268
format: B5
oprawa: miękka
wydawnictwo: Politechnika Gdańska
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.
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 cząsteczkach) 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 środowisku 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 253
