книги из ГПНТБ / Жиряков В.Г. Органическая химия
.pdfВ.ГЖИРЯНОВ
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
В. г. Ж И Р Я К О В
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
5-е И ЗДАНИ Е, ИСПРАВЛЕННОЕ И Д О П О Л Н ЕН Н О Е
№
М О СКВА
И ЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ» 1974
547
УДК 547
В. Г. Жиряков
Ж 73 Органическая химия. 5-е изд., испр. и доп. М., «Химия», 1974. 408 с., 6 табл., 29 рис.
Книга представляет собой краткое руководство по орга нической химии. В ней на современном уровне в сжатой форме изложены основные теоретические положения и фак тический материал курса органической химии. В книгу вклю чены специальные разделы, посвященные современной про мышленности основного органического синтеза, высокомоле кулярным соединениям, пластическим массам, средствам защиты растений, синтетическим волокнам и каучукам, хими ческим основам процессов жизнедеятельности и др.
Данная |
книга |
является пятым |
изданием, дополненным |
и исправленным. Четвертое издание вышло в 1971 г. |
|||
Книга |
может |
быть использована |
студентами нехимиче |
ских высших учебных заведений, учащимися техникумов и старших классов средних школ, а также широким кругом лиц, желающих самостоятельно ознакомиться с основами ор ганической химии.
Предыдущее издание книги удостоено диплома Всесоюз ного химического общества им. Д. И. Менделеева.
20504-044 050(01)-74 44-74
ГЛ |
4 -/у |
♦».Я 1 |
■ • - |
ПА I 3of4> |
|
© Издательство «Химия», 1974 г.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предмет органической х и м и и .......................................................... |
|
|
|
7 |
|||||||||
|
Развитие |
и значение органической х и м и и .................................................. |
|
7 |
||||||||||
|
Источники |
органических в е щ е с т в ................................................................. |
|
|
9 |
|||||||||
|
Состав |
и |
строение |
органических |
в е щ е с т в ................................................. |
|
10 |
|||||||
|
Основы |
классификации |
органических в е щ е с т в ....................................... |
|
20 |
|||||||||
АЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ (АЛИ Ф АТИ ЧЕСКИЕ. ИЛИ Ж ИРНЫЕ, |
|
|
||||||||||||
СО ЕДИНЕНИЯ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Предельные |
углеводороды .................................................................................. |
|
|
|
|
|
21 |
||||||
2. |
Непредельные |
углеводороды ............................................................................. |
(олефины, а л к е н ы ) |
|
35 |
|||||||||
|
Углеводороды |
ряда |
этилена |
|
38 |
|||||||||
|
Углеводороды |
ряда |
ацетилена |
( а л к и н ы ) ................................................ |
диены) |
45 |
||||||||
|
Углеводороды |
с двумя |
этиленовыми |
связями (диолефины, |
48 |
|||||||||
3. Нефть. Природные газы и газы нефтепереработки.................................. |
|
53 |
||||||||||||
|
Нефть |
и |
продукты |
ее п ер ер аб о тки .......................................................... |
полу |
53 |
||||||||
|
Природные газы и газы нефтепереработки как сырье для |
58 |
||||||||||||
4. |
чения химических |
в е щ е с т в ............................................................... |
|
|
|
|
||||||||
Галоидпроизводные |
углеводородов ............................................................... |
|
|
64 |
||||||||||
|
Галоиднроизводные |
предельных |
углеводородов ............................. |
|
64 |
|||||||||
5. |
Галоидпроизводные |
этиленовых |
углеводородов ............................. |
|
75 |
|||||||||
Спирты и их производны е.................................................................................. |
|
|
|
р я д а |
|
78 |
||||||||
|
Одноатомные |
спирты |
предельного |
|
78 |
|||||||||
|
Непредельные |
спирты |
.................................................................................. |
|
|
|
|
|
92 |
|||||
|
Многоатомные |
с п и р т ы ................................................................................... |
|
|
|
|
|
93 |
||||||
|
Простые |
э ф и р ы ............................. |
|
|
|
|
|
|
|
97 |
||||
6. |
Эпоксиды |
и ти...........................................................................................................о эф и р ы |
|
|
|
|
' |
|
99 |
|||||
Тиоспирты |
|
....................................... |
|
|
|
101 |
||||||||
7. |
Альдегиды |
|
и к е т о н ы ........................................................................................ |
|
прои зводн ы е |
102 |
||||||||
8. |
Карбоновые |
кислоты |
и их |
117 . |
||||||||||
|
Предельные |
одноосновные |
к и с л о т ы ........................................................ |
|
117 |
|||||||||
|
Непредельные |
к и с л о т ы ................................................................................. |
|
|
|
|
|
126 |
||||||
|
Галоидангидриды |
|
к и с л о т ............................................................................ |
|
|
|
|
131 |
||||||
|
Ангидриды |
к и с л о т ..................................................... |
|
|
|
к и с л о т |
|
133 |
||||||
|
Сложные |
эфиры |
минеральных |
|
134 |
|||||||||
|
Сложные |
эфиры |
карбоновых |
к и с л о т ...................................................... |
135 |
|||||||||
|
Жиры |
|
............................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
138 |
|
Мыла |
|
.............................................................................................................. |
|
моющие |
средства |
|
|
139 |
|||||
|
Синтетические |
|
|
140 |
||||||||||
|
Амиды |
кислот |
|
............................................................... |
|
|
|
|
|
, ...........................145 |
||||
|
Нитрилы |
кислот |
|
.......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
147 |
|||
9. |
Предельные |
двухосновные . к и с л о т ы ........................................................ |
|
148 |
||||||||||
Соединения |
циана |
и |
производные |
угольной к и с л о т ы ........................... |
|
152 |
||||||||
|
Соединения |
циана |
........................................................................................ |
к и с л о т ы |
|
. |
152 |
|||||||
|
Производные угольной |
|
154 |
|||||||||||
|
1* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание |
10. |
Нитросоединения |
|
................................................................................................ |
|
|
|
|
|
157 |
||||
11. |
Амины |
.................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
159 |
|
Моноамины |
|
............................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
. 159 |
|||
12. |
Диамины |
|
.......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
162 |
||
Элементооргапические ...................................................................соединения |
|
163 |
|||||||||||
|
Металлоорганические .............................................................. |
с о е д и н е н и я |
|
163 |
|||||||||
|
Кремнийорганические ............................................................... |
с о ед и н ен и я |
|
166 |
|||||||||
|
Фосфорорганические .............................................................. |
соединения |
|
167 |
|||||||||
13. |
Мышьякорганические ............................................................... |
со ед и н ен и я |
|
168 |
|||||||||
Оксикислоты |
.......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
о к си ки сл о ты |
169 |
|||||
|
Одноосновные ...............................................двухатомные |
169 |
|||||||||||
14. |
Двухосновные ........................................................................ |
оксикислоты |
|
|
|
175 |
|||||||
Альдегидокислоты .............................................................. |
и |
кетонокислоты |
|
177 |
|||||||||
15. |
Углеводы |
(сахара ...........................................................................................) |
( моносахариды , м о н о з ы ) |
180 |
|||||||||
|
Простые |
углеводы .......................................... |
181 |
||||||||||
16. |
Сложные углеводы .........................................................(полисахариды ) |
|
191 |
||||||||||
Аминокислоты .................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
194 |
||||
ЦИКЛИЧЕСКИЕ |
СОЕДИНЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
17. |
Алициклические ........................... ............................................... |
со е д и н е н и я |
|
|
|
200 |
|||||||
|
Полиметиленовые ...........................углеводороды (циклопарафины) |
200 |
|||||||||||
18. |
Терпены |
|
.......................................................................................................... |
углеводороды |
|
|
|
202 |
|||||
Ароматические .......................................................... |
|
ряда, б е н з о л а |
205 |
||||||||||
|
Ароматичёские .......................................... |
углеводороды |
207 |
||||||||||
19. |
Ароматические углеводороды с непредельными боковыми |
пепйми 219 |
|||||||||||
Галоидпроизводные ................................ |
ароматических углеводородов |
220 |
|||||||||||
|
Галоидпроизводные ароматических углеводородов, содержащие |
||||||||||||
|
галоид |
в |
я д ................................................................................................ р е |
|
|
|
|
|
|
220 |
|||
|
Галоидпроизводные ароматических углеводородов, содержащие га |
||||||||||||
20. |
лоид |
в |
боковой ...................................................................................... |
ц е п и |
|
|
р я д а |
|
221 |
||||
Нитросоединения ........................................................ |
ароматического |
|
222 |
||||||||||
21. |
Сульфокислоты ........................................................ |
ароматического |
ряда |
|
227 |
||||||||
22. |
Фенолы |
и |
ароматические .................................................................. |
с п и р т ы |
|
231 |
|||||||
|
Ф е н о л ы |
.............................................................................................................. |
|
с п и р т ы |
|
|
|
231 |
|||||
23. |
Ароматические ................................................................................. |
|
|
|
239 |
||||||||
Хиноны |
и |
хиноним .....................................................................................ины |
и к е т о н ы |
|
240 |
||||||||
24. |
Ароматические ............................................................. |
альдегиды |
|
242 |
|||||||||
|
Ароматические ............................................................................ |
а л ь д е г и д ы |
|
|
|
242 |
|||||||
25. |
Ароматические ................................................ |
кетоны |
|
|
|
|
244 |
||||||
Ароматические ...................................................................................... |
к и с л о т ы |
ряда |
б е н з о л а |
245 |
|||||||||
|
Одноосновные .................................................. |
кислоты |
245 |
||||||||||
26. |
Двухосновные .................................................. |
кислоты |
ряда |
б е н з о л а |
248 |
||||||||
Ароматические ..................................................................................... |
амины |
с |
аминогруппой |
вя д р е |
252 |
||||||||
|
Ароматические ........................................ |
амины |
252 |
||||||||||
|
Ароматические ........................ |
амины |
с |
аминогруппой |
вбоковой ц е п и |
258 |
|||||||
|
Ароматические ........................................................................... |
диамины |
|
|
|
259 |
|||||||
27. |
Хинониминовые ..................................................................... |
к р а с и те л и |
и азо кр аси тел и |
. 259 |
|||||||||
Ароматические ................................... |
диазосоединения |
260 |
|||||||||||
|
Диазосоединения ................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
269 |
|||||
|
Азокрасители ............................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2ѲЗ |
|||
|
Активные ................................................................................... |
красители |
|
|
|
|
|
265 |
|||||
|
О зависимости между строением и окраской органических соеди |
||||||||||||
28. |
нений |
|
............................................................................................................. |
|
ароматические |
соеди нени я |
266 |
||||||
Многоядерные ...................................... |
269 |
||||||||||||
|
Группа ..................................................................................... |
д и ф е н и л а |
|
и |
триф енилм етана |
269 |
|||||||
|
Группа .................................. |
дифенилметана |
270 |
||||||||||
|
Трифенилметановые ......................................................к р а с и т е л и |
|
271 |
||||||||||
Содержание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
||
|
Ароматические |
соединения |
с конденсированнымиядрами . . . . |
274 |
||||||||||
|
Группа |
нафталина |
............................................................................... |
|
|
|
|
274 |
||||||
29. |
Группа |
антрацена |
................................................................................... |
|
растений и животных(пестициды) . . |
278 |
||||||||
Химические |
средства |
защиты |
280 |
|||||||||||
|
Средства |
борьбы |
с вредителями |
р ас те н и й ............................................... |
280 |
|||||||||
|
Средства |
борьбы |
с |
болезнями |
растений |
(фунгициды и протрави |
||||||||
|
тели) ................................................................................................................... |
борьбы |
с |
сорной |
растительностью (гербициды) . . . . |
285 |
||||||||
|
Средства |
287 |
||||||||||||
|
Регуляторы |
роста |
р а с т е н и й ....................................................................... |
|
|
289 |
||||||||
30. |
Химические |
средства |
защиты |
ж и в о т н ы х ............................................... |
291 |
|||||||||
Гетероциклические |
с о е д и н е н и я ............................................ |
|
• .................... |
292 |
||||||||||
|
Пятичленные |
гетероциклические |
со еди н ен и я .......................................... |
294 |
||||||||||
|
Шестичленные |
гетероциклические с о е д и н е н и я ..................................... |
299 |
|||||||||||
|
Алкалоиды |
|
.................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
304 |
||
ВЫ СО КО М О ЛЕКУЛЯРНЫ Е СОЕДИНЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|||||||||
31. |
Основные сведения |
о |
химии |
и |
технологии |
п о л и м ер о в ......................... |
307 |
|||||||
|
Понятие |
о |
синтезе |
п о л и м ер о в .................................................................. |
|
310 |
||||||||
32. |
Понятие |
о |
технологии |
полимеров ........................................................... |
|
316 |
||||||||
Пластические |
м а с с ы |
.......................................................................................... |
|
|
|
|
|
317 |
||||||
33. |
Синтетические |
иониты |
п о......................................................................................л и м е р ы |
|
337 |
|||||||||
34. |
Элементоорганические |
|
|
340 |
||||||||||
35. |
Химические |
волокна |
|
(искусственные и синтетические)........................... |
342 |
|||||||||
|
Понятие |
о |
технологии изготовления химических волокон . . . . |
343 |
||||||||||
|
Искусственные |
в о л о к н а ........................................... |
|
|
|
|
345 |
|||||||
36. |
Синтетические |
волокна |
. |
|
|
|
|
347 |
||||||
К а у ч у к и ................................................................................................................... |
|
|
каучук . . |
' |
|
|
|
352 |
||||||
|
Натуральный |
|
|
|
354 |
|||||||||
|
Синтетические |
к а у ч у к и ................................................................................. |
|
|
|
|
355 |
|||||||
37. |
Синтетические |
л а т е к с ы ................................................................................. |
|
|
|
|
360 |
|||||||
Синтетические |
клеи |
|
.......................................................................... |
|
|
|
|
|
|
360 |
||||
ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ |
|
|
|
|||||||||||
38. |
Белки |
................................................................................................................ |
|
кислоты |
|
|
|
|
|
|
364 |
|||
39. |
Нуклеиновые |
..................................................................................... |
|
|
|
|
|
367 |
||||||
40. |
Жиры |
и у гл е в о д ы ................................................................................................ |
|
|
ж изнедеятельности |
371 |
||||||||
41. |
Роль |
белков |
в |
процессах |
373 |
|||||||||
42. |
Синтез белка |
в о р ган и зм е ................................................................................. |
|
|
|
|
377 |
|||||||
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ |
ВЕЩ ЕСТВА |
|
|
|
|
|||||||||
43. |
Витамины |
.............................................................................................................. |
группы |
В |
|
|
|
|
|
382 |
||||
|
Витамины |
|
|
|
|
|
382 |
|||||||
|
Витамин |
А |
(.........................................................................................................аскорбиновая |
к и с л о т а ) |
|
385 |
||||||||
|
Витамин |
С |
|
385 |
||||||||||
44. |
Витамины |
группы |
D ...................................................... |
|
|
|
|
............................. |
386 |
|||||
Гормоны |
.............................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
387 |
||
45. |
Антибиотики |
......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
388 |
||
П р е д м е т н ы й |
у к а з а т е л ь |
|
|
|
|
394 |
||||||||
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЯТОМУ ИЗДАНИЮ
Данное издание дополнено основными понятиями о важней ших физических методах установления строения молекул органи ческих соединений, без знания которых в настоящее время невоз можна деятельность химика-органика.
Кроме того, уточнены главные направления развития произ водства важнейших продуктов основного органического синтеза в текущей пятилетке и на ближайшую перспективу. Желающим более подробно ознакомиться с этими вопросами рекомендуем книгу В. М. Бушуева «Химическая индустрия в свете решений
XXIV съезда КПСС», которой автор широко пользовался при
подготовке настоящего издания.
Профессор В. ЖИРЯКОВ
\
ВВЕДЕНИЕ
Предмет органической химии
А. М. Бутлеров определил органическую химию как химию углеродистых соединений. Существуют, однако, некоторые про стейшие соединения углерода (например, С 02, соли угольной кис лоты — поташ, сода, минералы — мрамор, известняк и др.), кото рые по своим свойствам очень близки к типичным неорганиче ским веществам и поэтому изучаются неорганической химией.
Шорлеммер определил органическую химию как химию углеводородов и их производных. Хотя такое определение до вольно правильно, оно все же не охватывает сложных органиче ских соединений, содержащих значительное число неуглеродных атомов (кислорода, азота и др.).
Таким образом, ни одно из этих определений не является ис черпывающим.
В настоящее время общепринятым считается определение ор,- ганической химии как химии соединений углерода.
Развитие и значение органической химии
Еще в глубокой древности люди научились получать органи ческие вещества из растительных и животных источников.
Много лет тому назад умели получать спиртные напитки из сахаристых веществ, уксус из прокисшего вина, эфирные веще ства и красители из растений и т. п. Постепенно люди научились очищать и выделять ряд органических веществ.
Было замечено, что свойства соединений, встречающихся в животных или растительных организмах, значительно отли чаются от свойств веществ, полученных из неживой природы. Бо лее того, на протяжении многих лет химикам не удавалось полу чить искусственным путем вещества, которые они уже умели выделять из животных и растительных организмов. Поэтому счи талось, что между минеральными и органическими веществами существует резкое различие и что превратить минеральные ве щества в органические с помощью обычных физических и хими ческих методов невозможно. Предполагали, что такие превраще ния могут происходить только в живых организмах с помощью особой таинственной «жизненной силы». Однако в XIX веке уче ные своими опытами опровергли эту идеалистическую теорию.
8 |
Введение |
|
В 1828 г. Велер сделал выдающееся открытие: при нагрева |
||
нии неорганического вещества — циановокислого |
аммония |
ему |
удалось получить мочевину — продукт жизнедеятельности |
жи |
|
вотных организмов, входящий в состав мочи. В 1845 г. немецкий ученый Кольбе, исходя из древесного угля, хлора, серы и воды, синтезировал типичное органическое вещество — уксусную кис лоту. После этого был проведен еще целый ряд работ, привед ших к тому, что идеалистическая теория «жизненной силы» по терпела крах.
Тогда же, в XIX веке, органическая химия выделилась в са мостоятельную отрасль науки.
Важнейшими причинами для этого явились следующие. Во-первых, многочисленность органических соединений по
сравнению с неорганическими. Если в настоящее время органи ческих соединений известно около четырех миллионов, то число неорганических соединений достигает лишь примерно ста тысяч. Такое громадное число органических соединений объясняется прежде всего способностью углерода образовывать соединения, содержащие практически неограниченное число атомов углерода в молекуле. Поэтому и в дальнейшем количество вновь откры ваемых органических соединений будет расти значительно быст рее по сравнению с неорганическими.
Во-вторых, специфическая роль органических веществ в про цессах жизнедеятельности растительных и животных организмов.
В-третьих, существенное отличие свойств и реакционной спо собности органических соединений от неорганических.
Громадную роль в дальнейшем развитии органической химии сыграла теория химического строения, созданная великим рус ским ученым А. М. Бутлеровым. Теория химического строения позволила химикам познать внутреннее строение молекулы, по нять сущность химических процессов, предсказывать новые пути синтеза органических веществ и на основе этого приступить к реше нию практических задач, вызванных развитием промышленности.
Результаты, полученные химиками-органиками в лаборато риях, постепенно находили все большее применение для удовле творения практических потребностей. В конце XIX века началось бурное развитие химической промышленности, в том числе и про изводства самых разнообразных органических веществ.
Таким образом, открытия в области органической химии стали основой развития промышленности органического синтеза, вырабатывающей сотни и тысячи тонн ценнейших химических веществ, без которых в настоящее время немыслимо развитие народного хозяйства.
Промышленность органического синтеза подразделяется обычно на основной органический синтез, тонкий органический синтез и производство полимерных материалов.
Источники органических веществ |
9 |
Под основным органическим синтезом подразумевают обычно многотоннажные производства, например производства карбоно вых кислот, альдегидов, кетонов, ароматических и непредельных углеводородов и др. Тонкий органический синтез — это производ ство лекарственных веществ, красителей, душистых веществ и других химических соединений, выпускаемых в сравнительно не больших количествах, но более сложных по химическому строе нию, чем продукты основного органического синтеза. К произ водству полимерных материалов относят производство пласти ческих масс, синтетических каучуков, химических волокон, лакокрасочных материалов и др.
Необходимо сказать, что такое деление органического син теза является в значительной мере условным, так как некоторые органические соединения могут служить исходными или проме жуточными соединениями для синтеза продуктов всех трех пере численных групп.
Источники органических веществ
Основными источниками органических веществ являются: нефть, природные газы, попутные нефтяные газы и промышлен ные газы нефтепереработки, твердые горючие ископаемые, дре весина и растительные отходы.
Целесообразность получения того или иного органического вещества из различных видов сырья в каждом конкретном слу чае определяется экономическими соображениями. При этом следует помнить, что источники сырья могут быть невозобнов ляемыми (газы, нефть, уголь и др.) и возобновляемыми (древе сина и другое сырье растительного происхождения).
Нефть является ценным источником разнообразных моторных топлив й смазочных масел. Для этой цели добывают и перераба тывают многие миллионы тонн нефти ежегодно. Вместе с тем нефть является источником многочисленных органических ве ществ, которые могут быть получены при помощи так называе мых вторичных процессов переработки нефти, например кре кинга, пиролиза, окисления, дегидрирования и др. Широкое раз витие вторичных процессов переработки нефти может не только обеспечить коренное улучшение качества нефтепродуктов, но и
создать наилучшие условия для комплексного использования нефти.
Чрезвычайно широкие перспективы использования в качестве сырья для получения самых разнообразных химических веществ открываются перед природными и попутными нефтяными газами.
Громадные запасы этих газов делают их в настоящее время од ним из наиболее дешевых источников сырья для синтеза многих химических веществ. Твердые горючие ископаемые: каменный