Материал: Павлов, Борис Алексеевич. Курс органической химии учебник для химических техникумов

ПРЕДИСЛОВИЕ

В основу этого учебника положено второе издание книги «Курс органической химии» Б. А. Павлова, вышедшей в 1951 г. под редакцией и с дополнениями проф. А. П. Терентьева.

Первые издания были рассчитаны на учащихся нехимиче­ ских вузов с биологическим уклонохм (биолого-почвенные фа­ культеты, сельскохозяйственные институты и др.). С целью рас­ ширения контингента учащихся, пользующихся этим учебником, новое издание решено ближе связать с програ;ммами техноло­ гических (нехимических) высших учебных заведений и техни­ кумов. Это потребовало введения ряда необходимых дополне­ ний и новых параграфов, описывающих, например, высокополи­ мерные соединения, пластические массы, синтетические во­ локна, кремнийорганические соединения и др. Теоретические разделы учебника подверглись также значительной перера­ ботке.

Как и в предыдущих изданиях, большое место в курсе уделено истории химии; добавлены краткие сведения о ряде ученых, труды которых излагаются в учебнике, а также сде­ ланы некоторые исправления в приведенном ранее материале.

Много* замечаний было сделано по поводу недостаточной систематичности первых глав курса. Считая, что эти упреки вполне справедливы, хмы заново написали и существенно пере­ работали многие главы (о спиртах, альдегидах, кетонах, кис­ лотах и их производных и др.).

При редактировании второго издания нами были введены главы, посвященные правилам систематической нохменклатуры. Это нашло широкое одобрение.

В новом издании мы сочли целесообразным вынести пра­ вила женевской номенклатуры в приложение. Это, конечно, не

12 Предисловие

для учащихся будет полезным альфавитный перечень названий часто встречающихся радикалов, приведенный в приложении.

В работе над новым изданием учебника очень большую по­ мощь оказала доц. Е. Г. Рухадзе. Кроме того, ею написаны параграфы, касающиеся высокополимерных соединений и пла­ стических масс.

Считаю своим приятным долгом принести искреннюю бла­ годарность профессорам и преподавателям химического фа­ культета МГУ, а также другим читателям, принявшим актив­ ное участие в обсуждении и критике нашего учебника.

Член-корр. АН СССР профессор А. Терентьев.

ВВЕДЕНИЕ

I.ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1.Предмет и характерные черты органической химии. В на чале XIX века название «органическая химия» относилось к химии веществ, из которых состоят растительные и животные организмы. Изучение процессов горения (Лавуазье) позволило разработать методы элементарного анализа этих органических веществ. Оказалось, что многочисленные и разнообразные

органические вещества состоят из немногих элементов, из которых наиболее часто встречаются углерод, водород кисло­ род и азот.

Из простейших исходных неорганических веществ живые организмы создают сложнейшие продукты: сахара, жиры, клет­ чатку, крахмал, белковые вещества и др. .

Химия того времени не владела методами получения орга­ нических веществ. Отсюда создалось убеждение, что в живой природе действуют особые законы, обусловленные нахожде­ нием в живых существах так называемой «жизненной силы»— vis vitalis.

ский химик Я. Берцелиус; поэтому он определил органическую химию как «химию растительных и животных, веществ или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы».

В 1811 году петербургский химик К. С. Кирхгоф показал, что при нагревании крахмала с небольшим количеством раз­ бавленной серной кислоты можно осахаривать большие коли­ чества крахмала. Действуя на крахмал малыми количествами солода, Кирхгоф получил солодовый сахар. Такие процессы, в которых химические реакции совершаются в присутствии ма­ лых количеств некоторых веществ, не входящих в состав ко­ нечных продуктов реакции, Берцелиус предложил (1830) на­ зывать к а т а л и т и ч е с к и м и .

Жизненная сила, по мнению Берцелиуса, в живой природе действует при помощи каталитической силы (от греческого слова катализ — развязывание, разрешение).

Таким образом, с точки зрения «виталистического учения» органическую химию следовало выделить в самостоятельный раздел химии, в котором рассматриваются процессы, соверша­

знаваемых сил. Действуя различными химическими реагентами на органические вещества природного происхождения, химики стали получать многочисленные продукты, уже не встреча­ ющиеся в природе.

Эти новые искусственные вещества, однако, по составу и характеру были подобны природным. Поэтому их также при­ шлось называть органическими. Так возникла и развивалась органическая химия, основанная на синтезе. В 1828 году не­ мецкому химику Ф. Вёлеру (ученику Берцелиуса) удалось ис­ кусственно получить мочевину. Исходным веществом при этом была неорганическая соль — цианистый калий, при окислении которой образуется циановокислый калий:

KCN + О — KOCN

Обменным разложением KOCN с сернокислым аммонием по­ лучается циановокислый аммоний, который при нагревании превращается в мочевину:

циановокислый мочевина аммоний

Кконцу первой половины прошлого столетия было выделено

иисследовано очень большое число новых веществ раститель­ ного и животного происхождения. Еще больше было получено искусственным путем новых соединений, не содержащихся в живых организмах. Эти синтезы и превращения производились обычными химическими методами.

Врезультате успехов синтетической органической химии виталистическое учение теряло почву и было окончательно

оставлено. Тем не менее необходимость выделения органиче­ ской химии в особый раздел химии сохранилась, но теперь уже по совершенно другим причинам.

В начале 60-х годов появилось два учебника органической химии: «Органическая химия» Д. И. Менделеева (1860) и «Вве­ дение к полному изучению органической химии» А. М. Бутле­ рова (1864—1866). В этих учебниках приводятся почти одни и те же соображения, заставляющие рассматривать органиче­ скую химию как особый раздел химии.

Сложные соединения углерода, как природного происхож­ дения, так и синтетические, отличаются рядом специфических признаков:

1. Для органических соединений характерна меньшая (по сравнению с неорганическими) устойчивость, легкая изменяе­ мость при нагревании, горючесть. Однако, пользуясь этими признаками, невозможно провести резкой границы между со­ единениями органическими и неорганическими.

1. Предмет и характерные черты органической химии 15

2.Углерод способен в соединении с водородом, кислородом

иазотом образовывать очень большое число веществ. Для со­ единений углерода характерно явление изомерии, что очень редко встречается среди неорганических соединений.

3.В органической химии имеются ряды сходных по составу

ихимическому поведению веществ — гомологов.

Таким образом, наличие атомов углерода в соединениях характерно выделяет их из ряда соединений, не содержащих углерод. «Совокупность исчисленных свойств и признаков ор­ ганических соединений дает некоторую возможность отличить их от неорганических» (Менделеев). Бутлеров полагал, что для определения принадлежности вещества к органическим доста­ точно наличия в нем углерода: «Все тела, содержащие углерод, должны тогда войти в область органической химии, или, пра­ вильней, эта последняя должна получить название химии уг­ леродистых соединений. Без сомнения, описание этих соедине­ ний должно было бы найти свое место в химической системе вообще, но обилие предлежащего материала, своеобразность химического характера и самая важность этих веществ дает повод к образованию в науке особого отдела из описания угле­ родистых соединений».

Менделеев, определяя предмет органической химии, вводит некоторое ограничение: «Органическая химия есть отдел химии,

определением подчеркнуть: а) способность углерода образовать цепи С—С-атомов; б) присутствие водорода в большинстве органических молекул; в) способность водорода к замещению на разнообразные другие атомы (галоиды, О, S, N, Р...).

Это определение безусловно правильно и хорошо выявляет особенности громадного числа относительно просто построенных органических веществ, составляющих к тому времени (1880 г.) главную массу синтезированных органических соединений. На основе такого определения строится систематика органических соединений по принципу генезиса: каждое сложное соединение рассматривается как бы происшедшим из некоторого углеводо­ рода путем замещения атомов водорода как гетероатомами, так и разнообразными функциональными группами. Однако для сложных соединений с большим относительным числом не­ углеродных атомов (кремний, азот, кислород...) определение Шорлеммера становится узким. В этих случаях определения, данные Бутлеровым и Менделеевым, являются более пра­ вильными.

Итак, органическая химия входит как обособленная часть

вхимическую науку. Физические и химические сьойства орга­ нических веществ и их строение определяются наличием в них атомов углерода.

Внастоящее время мы можем более точно охарактеризовать особые свойства углерода как элемента и с современной точки зрения рассмотреть отличия типических углеродистых соедине­ ний от соединений других элементов. Эти отличия заключаются

вследующем:

1.Углерод в периодической системе элементов занимает се­ рединное положение между типичными металлами и неметал­

лами. Он'имеет одинаковую валентность и по водороду, и по кислороду, равную 4. Таким образом, он является четырехва­ лентным элементом почти во всех своих соединениях.

2. Углерод способен соединяться с большинством других эле­ ментов. Особенно характерно, что углерод способен образовы­ вать сложные и прочные молекулы, в которых атомы углерода соединены между собой в виде непрерывных цепей: линейных, разветвленных, сложного кольчатого строения. Связи между этими атомами могут быть простыми (ординарными), двойны­ ми и тройными.

3. В типичных химических превращениях, происходящих в мягких условиях, эти системы углеродных связей обычно не нарушаются, составляя своеобразный «углеродный скелет» мо­ лекулы. Реакции расщепления или синтеза обычно протекают таким образом, что разрыв или образование новых связей про­ исходит без нарушения остальных связей молекул, участвую­ щих в реакции (принцип наименьших изменений).

4. Способность к образованию сложных молекул из разно­ образно связанных атомов приводит к тому, что молекулы при одном и том же составе могут иметь различную структуру, а

5. Углерод не склонен давать солеобразные соединения ион­ ного характера. Растворы органических соединений даже в воде обычно не являются электролитами (не проводят тока). Как пра­ вило, связи в органических молекулах являются ковалентными.

6. В громадном большинстве органических соединений со­ держится водород. Связь С—Н почти никогда не имеет ионного характера. Атомы водорода, связанные с углеродом, обычно ме­ нее реакционноспособны, чем связанные с кислородом (О—Н), азотом (N—Н) и др. Углеводородная часть молекулы харак­ теризуется большей инертностью, чем группы, содержащие ге­ тероатомы (О, N, S, Р...). Поэтому химический характер слож­ ных органических соединений определяется наличием «функ­ циональных» групп, содержащих гетероатомы.