Органическая химия: учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей. (Оганесян)Купить книгу, доставка почтой, скачать бесплатно, читать онлайн, низкие цены со скидкой, ISBN 978-5-222-31501-9

Аннотация к книге "Органическая химия: учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей"
автор Оганесян

Автор обобщил опыт преподавания органической химии, опираясь на собственную исследовательскую практику (под руководством Э.Т. Оганесяна разработаны препараты "Терисерп", "Кавехол", "Гипурсол"). Курс органической химии, наряду с аналитической, общей и неорганической, составляет основу фундаментальной подготовки по специальности "Фармация", а также необходим учащимся медколледжей, проходящим подготовку по специальности "Лабораторная диагностика". В книге изложены классификация и номенклатура органических соединений, основы теории химической связи и строения молекул, сведения о реакционной способности органических соединений, основы стереохимии, а также физико-химические свойства и способы получения основных классов органических веществ. Учебное пособие рекомендовано УМО по медицинскому и фармацевтическому образованию (Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова) для студентов техникумов, училищ, медколледжей, обучающихся по специальности 33.02.01 "Фармация

Читать онлайн выдержки из книги "Органическая химия: учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей"
(Автор Оганесян)

К сожалению, посмотреть онлайн и прочитать отрывки из этого издания на нашем сайте сейчас невозможно, а также недоступно скачивание и распечка PDF-файл.

До книги"Органическая химия: учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей"
Вы также смотрели...

Другие книги серии "Сред.медиц.образование"

Другие книги раздела "Химические науки"

Читать онлайн выдержки из книги "Органическая химия: учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей" (Автор Оганесян)

серия «среднее медицинское образование»

Э. Т. Оганесян

Органическая химия

Рекомендовано УМО по медицинскому и фармацевтическому образованию при ГБОУ ВПО им. И. М. Сеченова в качестве учебного пособия по дисциплине ОП 09 «Органическая химия» для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по направлению подготовки 33.02.01 «Фармация» (выписка из протокола №1 от 2 апреля 2014 г.)

ростов-на-Дону «Феникс» 2019

УДК 547(075.32)

ББК 24.2я723

КТК 153

О-36

Рецензенты:

Брель Анатолий Кузьмич — доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава России

Савельева Наталья Николаевна — директор Медикофармацевтического колледжа ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Минздрава России

Сайкова Людмила Николаевна — преподаватель курса «Органическая химия» в Медико-фармацевтическом колледже ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Минздрава России

Оганесян Э. Т.

О-36 Органическая химия : учеб. пособие для медико-фармацевтических колледжей / Э. Т. Оганесян. — Ростов н/Д : Феникс, 2019. — 428, [1] с. — (Среднее медицинское образование).

ISBN 978-5-222-31501-9

Оглавление

глава 1. Классификация и номенклатура

органических соединений 11

Теория химического строения

органических соединений 12

Источники получения органических соединений 37

глава 2. Химическая связь и строение молекул 41

Атомные орбитали и ковалентная связь 41

Гибридизация атомных орбиталей43

Строение метана, этилена и ацетилена45

Свойства ковалентной связи 49

Системы с открытой цепью сопряжения 53

Системы с замкнутой цепью сопряжения 56

Электронные эффекты 59

глава 3. Основные понятия о реакционной способности органических соединений 64

Классификация реакций с участием органических

соединений 64

Кислотные и основные свойства органических

соединений 69

Определение Брёнстеда—Лоури 70

Определение Льюиса 71

Принцип «жестких» и «мягких» кислот

и оснований (принцип ЖМКО)72

глава 4. Основы стереохимии 75

Оптическая активность и хиральность77

Относительная и абсолютная конфигурация 80

глава 5. алканы 90

Способы получения 91

Физические свойства 93

Химические свойства 94

Алканы, применяемые в медицине и фармации 99

глава 6. алкены и алкадиены 101

Алкены 101

Способы получения 101

Физические свойства 103

Химические свойства 104

Алкадиены 110

Способы получения 111

Химические свойства 113

глава 7. алкины 118

Способы получения 118

Физические свойства 119

Химические свойства 119

Реакции электрофильного присоединения 119

Взаимодействие с нуклеофильными реагентами. Гидратация алкинов. Реакция Кучерова 120

глава 8. арены 126

Способы получения 128

Физические свойства 129

Химические свойства 129

Реакции электрофильного замещения 129

Ориентация электрофильного замещения 133

Согласованная и несогласованная ориентация 136

Реакции присоединения 137

Реакции с участием гомологов бензола 138

Соединения с конденсированными ядрами 139

Представители ароматических углеводородов 141

глава 9. галогенопроизводные углеводородов 144

Способы получения 145

Физические свойства 148

Химические свойства 149

Реакции нуклеофильного замещения у галогенопроизводных типа Csp2-Hal 150

в-Элиминирование (образование алкенов)153

Взаимодействие с металлами 153

Замещение галогена водородом 154

Реакционная способность соединений со связями

типа Csp2-Hal154

Отдельные представители 156

глава 10. Спирты. Фенолы. Простые эфиры158

Спирты 158

Способы получения 159

Физические свойства 160

Химические свойства 161

Многоатомные спирты 165

Отдельные представители 168

Фенолы 169

Способы получения 169

Физические свойства 171

Химические свойства 171

Отдельные представители 177

Простые эфиры 179

Номенклатура и изомерия 179

Способы получения 180

Физические свойства 181

Химические свойства 181

Отдельные представители 183

глава 11. альдегиды и кетоны186

Способы получения 186

Физические свойства 189

Химические свойства 189

Отдельные представители 201

глава 12. Карбоновые кислоты и сложные эфиры 205

Способы получения 205

Физические свойства 206

Химические свойства 207

Отдельные представители 211

Сложные эфиры 219

Физические свойства 219

Химические свойства 219

Сложные эфиры органических кислот 222

глава 13. Жиры 226

Жирные кислоты 228

Физические свойства 230

Химические свойства 232

Воски 234

глава 14. амины 237

Номенклатура 237

Способы получения 239

Физические свойства 241

Строение 242

Химические свойства 242

Защита аминогруппы при синтезе органических соединений 249

Отдельные представители 250

глава 15. азо- и диазосоединения 253

Способы получения 254

Строение солей диазония 255

Химические свойства 256

Реакции, сопровождающиеся

выделением азота 256

Реакции солей диазония

без выделения азота 259

Азокрасители 263

глава 16. гидроксикислоты 266

Способы получения 267

Химические свойства 270

Отдельные представители 273

Фенолкарбоновые кислоты 277

глава 17. аминокислоты 281

Номенклатура 281

Способы получения 284

Физические свойства 288

Химические свойства 288

Отдельные представители 294

глава 18. Белки 300

Физико-химические свойства 307

глава 19. Углеводы 309

Классификация углеводов 309

Моносахариды 310

Конфигурация моносахаридов 311

Циклические (полуацетальные) формы 314

Таутомерия и мутаротация 319

Физические свойства 322

Химические свойства 322

Отдельные представители 333

19.3. Сложные углеводы 335

Дисахариды 335

Полисахариды 341

глава 20. гетероциклические соединения 347

Классификация и номенклатура

гетероциклических соединений 347

Ароматичность гетероциклов.

Типы гетероатомов 349

Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом 354

Химические свойства пятичленных гетероциклических соединений с одним гетероатомом 355

Фуран и его производные 359

Пиррол и его производные 361

Пятичленные гетероциклические соединения

с двумя гетероатомами 364

Пиразол и имидазол 364

Химические свойства пятичленных гетероциклических соединений с двумя гетероатомами 365

Производные пиразола 367

Имидазол и его производные 370

Тиазол и его производные 372

Шестичленные гетероциклические системы с одним гетероатомом 373

Пиридин и его производные 373

Шестичленные гетероциклические соединения

с двумя гетероатомами 380

Диазины 381

Нуклеозиды и нуклеотиды 386

Понятийный словарь 390

Список литературы 429

Предисловие

Настоящее издание ставит своей главной целью в доступной форме преподнести учащемуся единые теоретические концепции органической химии в тесной взаимосвязи между строением молекул и их свойствами. Выбранный нами порядок изложения материала является наиболее естественным, поскольку соответствует принципу от простого к сложному.

Подобный подход создаст предпосылки для систематизации знаний по важнейшим разделам органической химии, а также окажет существенную помощь учащемуся в понимании закономерностей взаимосвязи «структура — реакционная способность» и выработке навыков диалогового анализа структур органических молекул.

При подготовке рукописи учебника автор учитывал два важных обстоятельства, суть которых сводится к следующему.

Во-первых, подавляющее большинство учащихся средних фармацевтических учебных заведений — это школьники, которые не успели полностью изучить курс органической химии в объеме программы средней школы. В то же время следует отметить, что, к сожалению, действующая примерная программа по органической химии в соответствии с Федеральным государственным стандартом (ФГОС) по содержательной части порой уступает программе средней школы.

Во-вторых, автор в виде отдельных глав изложил материалы по основам стереохимии и основным понятиям, касающимся реакционной способности органических соединений. Такой подход вполне обоснован, поскольку, в отличие от действующей программы, содержание этих глав позволяет сформировать целостностное представление об этих важнейших разделах органической химии. Глава «Жиры» помещена сразу после главы «Карбоновые кислоты и сложные эфиры». Такой подход вполне оправдан с точки зрения их структурных особенностей. Это облегчит усвоение данного материала, поскольку логически продолжает тему «Сложные эфиры». Такие темы, как «Углеводы» и «Гетероциклические соединения», даны в расширенном объеме, что поможет учащемуся более основательно усвоить смежные дисциплины.

Тесная связь органической химии с такими смежными дисциплинами, как аналитическая химия, лекарствоведение, технология изготовления лекарственных средств, контроль качества лекарственных препаратов и безопасность жизнедеятельности, определяет специфику ее преподавания. Она, прежде всего, заключается в том, чтобы в процессе обучения учащийся, опираясь на основные положения теории строения органических соединений А. М. Бутлерова, умел осуществлять идентификацию функциональных групп и на этой основе делать вывод о принадлежности анализируемой молекулы к конкретному классу органических веществ; с помощью качественных реакций охарактеризовать лекарственные препараты, а также дифференцировать органические соединения по кислотно-основным свойствам.

Данный системный подход облегчит учащемуся дальнейшее усвоение соответствующих разделов дисциплин, изучаемых согласно Федеральному государственному образовательному стандарту (ФГОС) среднего профессионального образования по специальности 33.02.01 «Фармация» на основе рекомендаций основной образовательной программы (ООП) среднего профессионального образования по соответствующему направлению подготовки и типовой учебной программы по органической химии.

Автор благодарен рецензентам: директору Медикофармацевтического колледжа Курского государственного медицинского университета Н. Н. Савельевой, преподавателю органической химии Медико-фармацевтического колледжа Курского государственного медицинского университета Л. Н. Сайковой, заведующему кафедрой химии Волгоградского государственного медицинского университета профессору А. К. Брелю.

Автор выражает особую благодарность аспиранту кафедры органической химии И. И. Селиной за помощь при работе над оформлением рукописи.

Автор будет признателен всем, кто выскажет свои замечания и пожелания по содержанию учебника (e-mail: ).

Глава 1

Классификация и номенклатура органических соединений

Предмет органической химии

Постепенно накапливая знания в области химических и биохимических превращений органических веществ, человек научился проводить различные опыты с органическими веществами. Вначале это, как правило, был переход сложных веществ в более простые: например, брожением сахара получали этиловый спирт и уксус, окислением ископаемой смолы — янтаря — янтарную кислоту.

При окислении сахара образуется муравьиная кислота, которая до этого была известна как вещество животного происхождения. Позже установили, что жиры, углеводы и другие вещества характерны как для растительных, так и животных организмов.

Работами выдающихся химиков Ф. Велера (синтез щавелевой кислоты и мочевины), А. Кольбе (синтез уксусной кислоты), П. Бертло (синтез жиров; получение ацетилена из углерода и водорода), А. М. Бутлерова (синтез сахаристого вещества из муравьиного альдегида) была показана тесная взаимосвязь между органическими и неорганическими веществами, а также возможность взаимопревращения веществ.

Качественной особенностью органической химии является то, что объектом ее изучения является не собственно элемент углерод, а углеводороды и их производные. Поэтому органическая химия — это химия углеводородов и их производных, что более точно отражает содержание предмета.

Число соединений углерода гораздо больше всех остальных соединений, его не содержащих. Причиной такого многообразия является строение атома углерода, способного:

образовывать прочные связи с другими атомами углерода, что приводит к формированию цепей и циклов;

формировать простые, двойные и тройные связи не только с одноименными атомами, но и с атомами других элементов;

соединяться с четырьмя различными атомами, что позволяет углеродным цепям разветвляться, давая множество сложных структур.

Положение органической химии в системе наук обусловлено многими факторами, важнейшие из которых: большое число и многообразие органических соединений; наличие специфических свойств, отличающих органические вещества от соединений других элементов; их исключительное значение в жизни человека.

Теория химического строения органических соединений

Развитие органической химии в первой половине XIX столетия создало предпосылки для систематизации накопленных научных данных об органических веществах и создания теоретического фундамента этой науки. Важными достижениями явились доказательства четырехвалентности углерода и его способности к образованию цепей. Эти и другие факты были использованы А. М. Бутлеровым при создании теории строения органических соединений, являющейся основой органической химии. Важнейшие положения теории можно свести к следующему.

Молекула любого вещества не является беспорядочным скоплением атомов. Все атомы, входящие в состав молекулы, связаны между собой в строго определенной последовательности, и на их соединение затрачивается определенная доля химического сродства. Последовательность взаимосвязи атомов в молекуле А. М. Бутлеров называл химическим строением.

Например, обозначив каждую связь в метане черточкой, представим его структурную формулу, а также этана C2H6и пропана С3Н8:

Свойства веществ зависят от строения молекул, т. е. от того, в каком порядке атомы связаны между собой.

Данное положение теории явилось ключом к объяснению явления изомерии: два или более вещества, характеризующиеся одинаковым качественным и количественным составом (и относительной молекулярной массой), но отличающиеся порядком взаимосвязи атомов в молекуле, т. е. строением, и следовательно, физическими и химическими свойствами, называются изомерами.

Например, формуле С4Н10отвечают два вещества,

структуры которых можно представить:

В одном случае атомы углерода образуют неразвет- вленную цепь (I), а во втором — разветвленную цепь (II). Вещества (I) и (II) имеют различное строение (различную последовательность взаимосвязи атомов), и поэтому их свойства тоже будут отличаться друг от друга, следовательно, они являются изомерами (бутан, изобутан).

Явление изомерии — одна из причин многообразия органических веществ.

Изучая продукты химического превращения вещества, можно определить его строение и выразить это конкретной структурной формулой.

При изложении последующих разделов органической химии данное положение теории будет проиллюстрировано на конкретных примерах.

В молекулах существует взаимное влияние атомов, как связанных, так и непосредственно между собой не связанных.

Это положение утверждает, что реакционная способность атомов (или атомных групп), входящих в состав молекулы, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Это изменение обусловлено, прежде всего, взаимным влиянием связанных непосредственно друг с другом атомов. Сравнивая между собой, например, хлоруксусные кислоты, можно заметить, что константа диссоциации возрастает при переходе от уксусной кислоты к трихлоруксусной, причем кислотные свойства последней сопоставимы с таковыми сильных минеральных кислот.

В дальнейшем положение о взаимном влиянии атомов было блестяще подтверждено и развито учеником А. М. Бутлерова, выдающимся химиком-органиком В. В. Марковниковым. Создание теории строения сыграло важнейшую роль в развитии органической химии: из науки преимущественно аналитической она превращается в синтетическую. Теория строения создала предпосылки для объяснения и прогнозирования различных видов изомерии органических молекул, а также направлений и механизмов протекания химических реакций.

Классификация органических соединений

Изучение строения и свойств органических веществ, несмотря на их многочисленность и разнообразие, удается осуществлять благодаря стройной системе классификации. Основываясь прежде всего на теории строения, она учитывает следующие важнейшие признаки:

строение скелета (остова) молекулы;

степень насыщенности, которая определяется природой связи между атомами углерода;

наличие функциональных групп и их природу.

В формировании скелета молекулы могут участвовать не только атомы углерода, но и другие атомы, называемые гетероатомами (например, О, S, N, Р и др.). Соединяясь между собой в различной последовательности, атомы образуют разветвленные и неразветвленные, открытые (нециклические) и замкнутые (циклические) цепи.

В соответствии с этим все органические соединения делят на три ряда.

Алифатические (ациклические) соединения. К ним относятся соединения, в молекулах которых содержатся незамкнутые (разветвленные и неразветвленные) цепи:

Карбоциклические соединения. В молекулах соединений данного ряда содержатся циклы, образованные только атомами углерода. Внутри ряда различают алициклические и ароматические соединения:

алициклические

Гетероциклические соединения. Соединения этого ряда характеризуются тем, что в формировании циклов кроме атомов углерода участвуют атомы других элементов (называемых гетероатомы):

В каждом соединении, относящемся к одному из перечисленных рядов, атом водорода можно заместить различными атомами и атомными группами:

Введение этих групп в значительной степени определяет химические свойства соответствующих молекул, поэтому их называют функциональными группами (химическими функциями). Соединение может содержать несколько одинаковых или различных функциональных групп. О структурах последнего типа принято говорить как о соединениях со смешанными функциями.

Наличие конкретной функциональной группы в составе органических молекул является причиной общности их свойств, и на этом основана их классификация. Необходимо отметить, что существенную роль в проявлении конкретной функции играет строение скелета молекулы. Например, гидроксигруппа может быть связана как с алифатическим, так и с ароматическим углеводородным остатком. В первом случае соединение будет относиться к классу спиртов, во втором — к классу фенолов:

гексанол-1 (спирт)

гидроксибензол (фенол)

Из этого примера следует, что для объективного суждения о свойствах молекул необходимо учитывать взаимное влияние атомов и атомных групп в молекуле.

В зависимости от природы функциональных групп различают, например, спирты (ОН-группа с алифатическим радикалом), альдегиды (—С[О]Н-группа), кислоты (—С[О]ОН-группа) и др.

Для каждого класса существует свой гомологический ряд — вещества, сходные по строению и химическим свойствам, но различающиеся между собой на одну или несколько групп СН2.

Путем соответствующих химических превращений можно осуществлять переход от одного класса соединений к другому. Так, окислением спирта можно получить альдегид, от последнего перейти к кислоте и т. д. Это свидетельствует о генетической связи между классами органических соединений.

Основные принципы номенклатуры органических соединений

В данном разделе приведены номенклатурные правила для основных классов органических соединений в соответствии с рекомендациями и требованиями ИЮПАК.

В правилах ИЮПАК наиболее широко представлена заместительная номенклатура, для понимания основных положений которой следует четко разграничить два важнейших понятия: родоначальная структура и характеристическая группа.

Родоначальная структура — главная цепь в ациклической молекуле, карбоциклическая или гетероциклическая система (или часть их), лежащие в основе рассматриваемого соединения.

Характеристическая группа — атом или группа атомов, введенные в родоначальную структуру на место атома водорода и определяющие химические свойства вещества. К характеристическим относят также карбонильную, карбоксильную, амидную, нитрильную, гало- генангидридную и другие группы, связанные с родоначальной структурой углерод-углеродной связью. Следует уточнить, что характеристические группы — это те группы атомов, которые кроме углеродных содержат и другие (неуглеродные) атомы и определяют принадлежность к конкретному классу соединений.

Данное представление о характеристических группах объединяет два понятия — нефункциональные и функциональные группы. Ниже в табл. 1.1 и 1.2 показаны оба типа заместителей, из которых нефункциональные обозначаются в префиксе названия, а функциональные группы — в суффиксной части названия. Если в соединении несколько разных функциональных групп (т. е. соединение является гетерофункциональным), то в суффиксе упоминают лишь одну из них — главную характеристическую группу, все другие обозначают в префиксе, причем иными названиями, чем те, которые используют в суффиксе. Следовательно, каждая из групп этого типа имеет по крайней мере два названия: одно — для употребления в суффиксе, когда группа является старшей, другое — для использования в префиксе, когда группа является младшей.

Таблица 1.1 Характеристические группы, обозначаемые в заместительной номенклатуре только префиксами (по алфавиту)

Обозначение важнейших характеристических групп (перечисляются в порядке убывания старшинства)1

Таблица 1.2

1В реальных названиях перед этими окончаниями указывается природа катиона (аммонио, аммоний, оксонио, оксоний).

Окончание табл. 1.2

Таким образом, нефункциональные группы —F, —CL, —Br, —I, —ОСН3, —NO2, NO обозначаются в префиксе названия.

Функциональные группы указываются и в префиксе, и в окончании (приводятся в порядке убывания старшинства).

Рассмотрим конкретные примеры формирования названий органических молекул в соответствии с заместительной номенклатурой.

Выбор родоначальной структуры производится таким образом, чтобы учитывались: максимальная длина цепи; максимальная ненасыщенность по совокупности двойных и тройных связей; максимальное число характеристических групп. Так, в представленной структуре:

в качестве родоначальной структуры следует выбрать цепь углеродных атомов, обозначенную цифрами, поскольку она имеет максимальную длину и характеризуется наибольшим числом разветвлений.

После выбора родоначальной структуры определяют порядок нумерации таким образом, чтобы разветвление было ближе к началу цепи.

В название соединения в качестве суффиксов включают обозначения двойных и тройных связей, а также старшую характеристическую группу. Нумерацию начинают с того конца углеродной цепи, к которому ближе расположена старшая характеристическая группа.

Заместители перечисляют в алфавитном порядке при помощи приставок с указанием их положения в родоначальной структуре. Если соединение содержит несколько одинаковых заместителей, то число их обозначают греческими числительными:

Радикало-функциональная номенклатура применяется реже, чем заместительная, но все же занимает значительное место в органической химии. Данная номенклатура основывается на выборе наиболее простого представителя гомологического ряда и последующего рассмотрения всего соединения в качестве производного этой исходной молекулы. Приведенные примеры иллюстрируют порядок формирования названия по радикальнофункциональной номенклатуре:

Несмотря на различные номенклатурные правила, до сих пор достаточно распространены тривиальные названия, которые комиссия ИЮПАК рекомендует использовать как укоренившиеся названия. Происхождение их часто связано с источником получения (винная, уксусная, щавелевая кислоты) или с другими особенностями. Однако эти названия ни в коей мере не отражают структурные особенности органических молекул.

Ациклические углеводороды

Алканы (предельные углеводороды). Четыре первых представителя алканов — СН4, С2Н6, С3Н8и С4Н10— имеют соответственно названия метан, этан, пропан, бутан. Остальные алканы называют с помощью корня соответствующего греческого числительного с добавлением суффикса -ан-, как определяющего в названиях признака принадлежности вещества к ряду алканов. Окончание -а у числительного в этом случае опускается:

Таблица 1.3

Гомологический ряд алканов CnH2n+2

Окончание табл. 1.3

Одновалентные радикалы, производимые от насыщенных неразветвленных ациклических углеводородов, называют путем замены суффикса -ан- в исходном алкане на -ил-. Атом углерода со свободной валентностью получает номер 1. Такие радикалы называют нормальными или неразветвленными алкилами:

Для обозначения насыщенных ациклических углеводородов с разветвленной цепью углеродных атомов к названию наиболее длинной цепи атомов углерода добавляют префиксы, обозначающие названия боковых цепей. Наиболее длинная цепь нумеруется таким образом, чтобы номера, указывающие положения боковых цепей, были наименьшими. Если при нумерации положений боковых цепей образуется несколько наборов номеров, то предпочтение отдается той нумерации, при которой получается набор, включающий наименьшие номера, начиная от боковой цепи, ближайшей к концу основной цепи. Этот принцип применяется независимо от природы заместителей.

Названия одновалентных разветвленных радикалов, производимых от алканов, формируют прибавлением префиксов, обозначающих боковые цепи, к названию

неразветвленного алкильного радикала, имеющего наиболее длинную из всех возможных цепь углеродных атомов. При этом счет начинают с атома, несущего свободную валентность, который приобретает номер 1:

Следующие названия сохраняются для незамещенных радикалов:

изопропилвтор-бутил

СН3СН3

Алкены (этиленовые углеводороды). Непредельные ациклические углеводороды, имеющие одну двойную связь, получают названия путем замены суффикса -ан- в наименовании соответствующего насыщенного углеводорода — алкана — на -ен-. Здесь в качестве главной выбирают наиболее длинную углеродную цепь, содержащую двойную связь, и нумеруют так, чтобы положение двойной связи соответствовало наименьшим возможным номерам. Цифру, обозначающую двойную связь, можно ставить вслед за суффиксом -ен- или, наоборот, выносить вперед перед корнем слова, но после префиксов, обозначающих заместители:

Одновалентные радикалы, образованные от алкенов, имеют суффикс -енил-. Для некоторых простейших радикалов сохраняются несистематические названия:

Для обозначения заместителей и их перечисления руководствуются положениями, описанными выше для алканов.

Алкины (ацетиленовые углеводороды). Названия углеводородов данного ряда формируют от названий соответствующих алканов, заменяя суффикс -ан- на -ин-. Здесь нумерация цепи и порядок перечисления заместителей осуществляются как для алкенов:

Одновалентные радикалы, образованные от алкинов, имеют суффикс -инил-:

Углеводороды, содержащие более одной непредельной связи. Если в молекуле углеводорода имеются две или более двойные связи, то названия получают соответственно суффиксы -диен-, -триен-, -тетраен- и т. д. Углеводороды с двумя (и более) тройными связями получают соответственно суффиксы -диин-, -триин- и т. д.

Родовые названия для диенов, триенов и т. д. соответственно алкадиены, алкатриены и т. д. Аналогично для соединений с несколькими тройными связями — алка- диины, алкатриины и т. д.

Ненасыщенные неразветвленные ациклические углеводороды, имеющие как двойные, так и тройные связи, получают названия путем замены суффикса -ан- в названии соответствующего алкана на -енин-, -адиенин-, -атриенин-, -ендиин- и т. п. Двойным и тройным связям должны соответствовать наиболее низкие цифровые обозначения. Если возможны несколько вариантов нумерации, то двойным связям присваивают наименьшие номера:

5,5-диметилгексадиин-1,3

5,5-диметил-1,3-гексадиин

Ароматические углеводороды (арены). Моноцикличе- ские и полициклические ароматические углеводороды называют аренами. Для перечисленных ниже структур сохранены систематические названия:

л-цимол

Комиссия ИЮПАК рекомендует вместо приведенных традиционных названий с суффиксом -ол- более соответствующие общей системе названия бензен, толуен, кси- лен, кумен, цимен, стирен.

Прочие моноциклические замещенные ароматические углеводороды называют как производные бензола или одного из углеводородов, показанных выше. Однако если заместитель, введенный в такое соединение, идентичен с одним из имеющихся в молекуле заместителей, то все соединение рассматривается как производное бензола. Положение заместителей указывается цифрами, за исключением тех случаев, когда при наличии двух заместителей вместо 1,2-, 1,3- и 1,4- могут быть использованы обозначения о-(орто), м-(мета-) и п-(пара-) соответственно. Заместители должны получать наиболее низкие возможные номера:

Функциональные производные углеводородов

Данные соединения образуются в результате замещения атомов водорода в исходном углеводороде той или иной функциональной группой. Перечень последних, расположенных по убыванию старшинства, приведен в табл. 1.2, где показано, в каких случаях название группы обозначается в префиксе и суффиксе.

Спирты и фенолы. В названиях спиртов по заместительной номенклатуре гидроксигруппа ОН рассматривается как главная и обозначается суффиксом -ол-. Данный суффикс добавляется к названию углеводорода, которому соответствует самая длинная неразветвленная цепь, содержащая ОН-группу. Если ОН-групп больше одной, то их соответственно обозначают греческими числительными перед суффиксом -ол-, -диол-, -триол-, -тетрол- и т. д. Нумерацию цепи следует осуществлять с таким расчетом, чтобы ОН-группа получила возможно меньший номер:

Такие названия, как изопропанол, втор-бутанол и mpem-бутанол, являются неверными, поскольку не существует углеводородов изопропан, втор-бутан и третбутан. Поэтому такие названия необходимо исключить.

По радикально-функциональной номенклатуре названия спиртов производят от названия соответствующего радикала с добавлением окончания -овый и последующего слова спирт:

Названия гидроксипроизводных бензола и других ароматических карбоциклических систем формируют прибавлением суффикса -ол- к названию углеводорода.

Для простых фенолов сохранены тривиальные названия (см. ниже); для многоатомных фенолов в русском языке суффикс -ол- не принят:

Оксопроизводные (альдегиды и кетоны). Названия не- разветвленных ациклических моно- и диальдегидов образуются добавлением суффиксов -аль- (для моноальдегидов) или -диаль- (для диальдегидов) к названию углеводорода, содержащего такое же число углеродных атомов:

Если альдегидная группа непосредственно связана с углеродным атомом циклической системы, то она обозначается суффиксом -карбальдегид-, добавляемым к названию циклического углеводорода:

Если соединение содержит более старшую функциональную группу наряду с альдегидной, то предпочтение отдается более старшей группе, а альдегидная группа обозначается префиксом формил-:

Названия ациклических кетонов образуются добавлением суффикса -он- к названию углеводорода, соответ-

пентанон-2

Допускается в названиях кетонов использовать радикально-функциональный принцип — вначале называют радикалы при карбонильной группе, а затем добавляют слово кетон:

Карбоциклические кетоны, содержащие карбонильную группу в боковой цепи, чаще всего называют по радикалам. Для некоторых альдегидов и кетонов допускаются тривиальные названия, например:

Карбоновые кислоты. Общие принципы номенклатуры требуют, чтобы в тех случаях, когда карбоксил является основной группой, нумерация в молекулах алифатических кислот проводилась так, чтобы независимо от нумерации исходного соединения карбоксигруппа получала наименьшие цифровые индексы. Тот же принцип сохраняется и при образовании названий производных карбоновых кислот:

Карбоксигруппу следует обозначать приставкой карбокси- в том случае, если она присоединена к группе, названной как заместитель, или если в соединении присутствует другая группа, имеющая преимущество в перечислении в качестве главной группы:

п-карбоксифенилуксусная кислота4-карбокси-1-метилпиридиний

хлорид

Если группа —СООН может рассматриваться как заместитель при основной цепи, то она получает название карбоновая кислота:

3-бутеновая кислота или 2-пропен-1-карбоновая кислота

Гетерофункциональные соединения. В названиях ге- терофункциональных соединений прежде всего следует учитывать, что старшая группа должна определять начало нумерации и в названии обязательно обозначаться суффиксом. Все остальные заместители перечисляются префиксами в алфавитном порядке. Кратные связи всегда обозначаются в суффиксе.

7-амино-8-гидрокси-6-метил-3-оксо-4-хлор-4-октеновая кислота

виды изомерии органических соединений

Теория химического строения создала научные предпосылки для объяснения явления изомерии. Развитие исследований по изучению взаимосвязи между строением молекул и их реакционной способностью способствовало дальнейшему более глубокому познанию этого явления.

В данном разделе рассматриваются: структурная и гео метрическая изомерии.

Структурная изомерия — это разновидность изомерии, проявляемая двумя (и более) соединениями, отвечающими одной молекулярной формуле, но различающимися между собой:

— строением углеродной цепи (например, бутан и изобутан);

различным расположением одинаковых функциональных групп (или кратных связей) при одинаковом углеродном скелете (например, пропанол-1 и пропанол-2; дигидроксибензойные кислоты; бутен-1 и бутен-2);

различной последовательностью связи структурных элементов (например, диэтиловый эфир по отношению к бутанолам). Эта разновидность структурной изомерии иначе называется межклассовой изомерией.

Рассматривая гомологический ряд метана, легко убедиться, что, начиная с четвертого члена — C4H10, становится возможной изомерия углеродного скелета. С ростом числа углеродных атомов число изомеров возрастает. Например, бутан С4Н10имеет два изомера

Глава 18

Белки

Выше было показано, что аминокислоты способны взаимодействовать между собой по принципу «голова к хвосту», т. е. карбоксильная группа первой аминокислоты взаимодействует с аминогруппой второй кислоты, а карбоксильная группа второй кислоты — с аминогруппой третьей кислоты и т. д. Это приводит к формированию пептидов с разным числом аминокислотных остатков — дипептидов, трипептидов, тетрапептидов и т. п. полипептидов:

Принято условно считать, что пептиды, имеющие относительную молекулярную массу до 10 000, следует называть полипептидами, а пептиды с большей молекулярной массой — белками (или протеинами; от греч. proteios— первый, самый главный). Такое название оправдано, поскольку белки являются основой всего живого. Они выполняют самые различные функции, входят в состав клеток и тканей всех живых организмов и наряду с углеводами и жирами являются главной составной частью нашей пищи.

В каждом живом организме число белков достигает нескольких тысяч, что, на первый взгляд, может показаться невероятным. Ведь аминокислот, из которых построены белковые молекулы, всего 20! Какое число комбинаций возможно из этого количества аминокислот? Расчеты показывают, что из 20 аминокислот может быть составлено примерно 2-1018последовательностей, причем ни одна из аминокислот не будет повторяться дважды. Если же учесть, что одна и та же аминокислота может участвовать в полипептиде многократно, то из 20 аминокислот, представленных в полипептидной цепи в равных соотношениях, число возможных последовательностей возрастает на сотни порядков. Каждая из разновидностей белков выполняет свою специфическую функцию: одни проявляют ферментативную активность (например, трипсин), другие являются гормонами (инсулин), третьи выполняют транспортную функцию (гемоглобин) и т. д.

Огромное разнообразие биохимических функций белков объясняется, прежде всего, тем, что каждый белок имеет свою, характерную для него последовательность аминокислотных звеньев.

Вместе с тем следует подчеркнуть, что белки как класс природных соединений по своей биологической и биохимической значимости являются прерогативой биохимии и биофизики.

В настоящем же разделе будут рассмотрены вопросы, в большей степени относящиеся к химическим особенностям белков.

Все природные белки, как правило, состоят из пяти химических элементов, содержание которых в различных белках близко и колеблется в незначительных пределах: 50-53% С; 7-8% Н; 20-24% О; 16-18% N; 0,5—1,8% S. Из других элементов встречается фосфор, реже — железо.

По химическому составу белки делят на две основные группы. К первой группе, называемой протеинами, относятся те белки, при гидролизе которых образуются только аминокислоты.

Вторую группу составляют белки, которые при гидролизе помимо аминокислот дают и другие компоненты. Их называют сложными белками (или протеидами). Неаминокислотная часть сложного белка именуется про- стетической группой, по которой и осуществляется классификация таких белков.

По форме молекул все белки делят на две большие группы: волокнистые (или фибриллярные) и глобулярные.

Первые представляют собой нерастворимые в воде длинные нитевидные молекулы, полипептидные цепи которых не имеют глобулярной формы, а вытянуты вдоль одной оси. Большинство фибриллярных белков выполняет структурные или защитные функции.

В глобулярных белках полипептидные цепи свернуты в плотную компактную структуру сферической или глобулярной формы. К белкам данного типа относятся почти все ферменты, транспортные белки крови, антитела, а также пищевые белки.

18.1. структура

Первичная структура белков. В белковой молекуле аминокислотные остатки многократно повторяются в строгой последовательности. Эта последовательность аминокислотных звеньев в линейной полипептидной цепи называется первичной структурой белка. Для определения последовательности аминокислотных остатков используют химические методы гидролиза, а также ферментативный гидролиз с помощью различных протеаз.

Важным этапом является определение молекулярной массы белка и установление молярного соотношения аминокислот после полного гидролиза.

Изменяя условия ферментативного и химического гидролиза (рН; температурный режим; время гидролиза), можно расщепить белковую молекулу на отдельные фрагменты, состоящие из меньшего числа аминокислотных остатков. Конечно, особое значение имеет определение концевых аминокислот. Если использовать фермент карбоксипептидазу, то можно идентифицировать С-концевую аминокислоту (аминокислотный остаток со свободной карбоксигруппой), поскольку под действием этого фермента происходит селективное (избирательное) отщепление данной аминокислоты от полипептида или белка. Подобную операцию можно повторять многократно до полного определения аминокислотной последовательности во фрагменте, полученном гидролитическим расщеплением полипептида.

Существует и другой метод (метод Эдмана), предназначающийся для идентификации N-концевых амино - кислот (аминокислотный остаток со свободной аминогруппой). Этот метод основан на реакции свободной аминогруппы концевого аминокислотного остатка с фенилизотиоцианатом. Полученный продукт подвергают гидролизу трифторуксусной кислотой, в результате чего отщепляется фенилгидантоин, а полипептидная цепь укорачивается на один аминокислотный остаток:

Далее идентифицируют аминокислоту в полученном гидантоине, после чего реакцию с фенилизотиоцианатом повторяют до полного определения всей последовательности аминокислот. С помощью метода Эдмана можно проанализировать полипептиды, состоящие из 50 аминокислотных остатков.

Анализ последовательности аминокислот не ограничивается приведенными выше методами. В настоящее время известно множество других приемов и методов, комбинированное применение которых позволяет расшифровать строение пептидов. Например, пептидные связи, образованные триптофаном, легко расщепляются бромсукцинимидом; пептидную связь с участием метионина расщепляет бромциан, а фермент трипсин гидролизует связи с участием аргинина и лизина.

Первым полипептидом, в котором была установлена аминокислотная последовательность, является бычий инсулин, состоящий из 51 аминокислоты.

Вторичная структура белков. Вторичная структура белка возникает за счет образования водородных связей между атомами водорода —NH-групп и кислородом —СО-групп основной цепи.

В результате этого образуется гибкая полипептидная цепь со спиральной (напоминающей винтовую лестницу) или складчатой структурой (рис. 18.1).

рис. 18.1. Вторичная структура пептидов и белков

Таким образом, вторичная структура белка описывает конформационные особенности полипептидной цепи. Фактором, стабилизирующим вторичную структуру белка, являются водородные связи, которые формируются

Учебное издание

Эдуард Тоникович Оганесян

Органическая химия