Органическая химия Части I-II

Министерство образования и науки Российской Федерации 
федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего профессионального образования 
«Московский педагогический государственный университет»

В. А. Горленко, Л. В. Кузнецова, Е. А. Яныкина

Органическая 
химия

Учебное пособие

МПГУ

Москва
2012

УДК 547
ББК 24.2
       Г695

  

г695 горленко В. а., кузнецова Л. В., яныкина е. а. 
Органическая химия: Учебное пособие. Ч. I, II. – М.: МПГУ, 
2012. – 294 с. 

Настоящее учебное пособие представляет первую книгу (из трех), 

включающую обновленное содержание, охватывающее все основные 
классы ациклических углеводородов алфатического ряда. Книга 
содержит современные данные по номенклатуре и изомерии, электронному строению, включая квантово-химические представления, 
по способам получения и характерным химическим свойствам органических соединений, а также иллюстрации биологической роли 
производных органических веществ соответствующего класса. Особое внимание уделено современным теоретическим представлениям 
в органической химии, взаимосвязи строения соединений с реакционной способностью, а также механизмам реакций, объясняющим 
особенности химического поведения. Методическое оформление пособия служит целям оптимизации учебного процесса и повышения 
его эффективности.
Издание предназначено для студентов биолого-химических факультетов педагогических вузов, включая бакалавриат биологохимического и биологического направлений, и представляет собой 
современное учебное пособие по курсу «Органическая химия» как 
одного из базовых предметов естественного цикла наук, стоящего в 
ряду профилирующих дисциплин в специальной подготовке учителей биологии в средней школе.

ISBN 978-5-7042-2345-0

© МПГУ, 2012 
© Издательство «Прометей», 2012

Рецензенты:
Л. Д. Румш, заведующий лабораторией Института  
биоорганической химии РАН, д-р хим. наук, профессор 
С. Н. Соловьев, заведующий кафедрой общей  
и неорганической химии РХТУ, д-р хим. наук, профессор

Содержание

ПреДисЛОВие 
7
 
Введение. 
ПреДмет ОрганическОй химии.
истОрия разВития 
11

Этапы становления и развития органической химии 
13
Теория химического строения А. М. Бутлерова 
16
Классификация органических соединений 
20
Резюме
24
Вопросыдляповторения
25

часть I. 
ВОПрОсЫ теОрии ОрганическОй химии 
27

1. ДОкВантОВЫе теОрии 
27

1.1. Теория «электронных пар» («октетная теория») 
27
1.2. Типы химической связи 
29
1.3. Характеристика ковалентной связи 
33
1.4. Два типа разрыва ковалентной связи 
39
1.5. Водородная связь 
40
Резюме
44
Вопросыдляповторения
45

2. кВантОВО-химические ПреДстаВЛения 
В ОрганическОй химии 
47

2.1. Описание состояния электрона в атоме 
48
2.2. Природа химической связи с точки зрения 
современных представлений 
53
2.3. Насыщаемость ковалентной связи 
57
2.4. Приближенные методы в квантовой химии 
58
2.4.1. Метод валентных схем (электронных пар) 
58
2.4.2. Метод молекулярных орбиталей 
62
Резюме
70
Вопросыдляповторения
73

Содержание

2.5. Понятие о гибридизации 
74
2.5.1. Валентные состояния атома углерода 
75
2.5.2. Понятие об изоэлектронных структурах 
81
2.6. Распределение электронной плотности в молекулах 
и их реакционная способность (теория электронных 
смещений; электронные эффекты) 
85
2.6.1. Индуктивное влияние и индукционный 
эффект (I) 
86
2.6.2. Характерные черты индукционного 
эффекта 
87
2.6.3. Мезомерный эффект (эффект сопряжения, 
резонансный эффект) 
91

3. кЛассиФикаЦия Органических 
реакЦий и реагентОВ 
98

4. теОрии кисЛОт и ОснОВаний 
В ОрганическОй химии 
105
Резюме
113
Вопросыдляповторения
114

5. изОмерия 
116

5.1. Структурная изомерия 
116
5.2. Стереоизомерия 
118
5.2.1. Конформационная изомерия 
118
5.2.2. Конфигурационная изомерия 
122
Вопросыдляповторения
143

часть II. 
УгЛеВОДОрОДЫ аЛиФатическОгО ряДа 
145

6. ПреДеЛЬнЫе УгЛеВОДОрОДЫ (аЛканЫ) 
145

6.1. Нахождение в природе 
146
6.2. Общая характеристика алканов 
147
6.3. Способы получения алканов 
152
6.3.1. Природные источники алканов 
152
6.3.2. Промышленные способы 
153
6.3.3. Лабораторные способы 
156
6.4. Электронное строение алканов 
159
6.5. Химические свойства алканов 
162

Содержание

6.5.1. Реакции радикального замещения – 
получение замещенных алканов 
162
6.5.2. Окисление алканов 
171
6.5.3. Каталитическая дегидрогенизация 
алканов 
173
6.5.4. Изомеризация алканов 
174
Резюме
174
Вопросыизадания
176

7. аЛкенЫ (ЭтиЛенОВЫе УгЛеВОДОрОДЫ) 
178

7.1. Номенклатура и изомерия 
179
7.2. Физические свойства и нахождение в природе 
181
7.3. Способы получения алкенов 
182
7.3.1. Дегидрогалогенирование 
галогеналканов 
182
7.3.2. Дегидратация спиртов 
183
7.3.3. Дегалогенирование вицинальных 
дигалогенидов 
185
7.4. Электронное строение алкенов 
185
7.5. Химические свойства алкенов 
189
7.5.1. Реакции присоединения 
189
7.5.2. Реакции полимеризации 
211
7.5.3. Реакции окисления 
218
7.5.4. Реакции замещения 
222
7.6. Карбены и карбеноиды 
223
Резюме
228
Вопросыизадания
230

8. аЦетиЛенОВЫе УгЛеВОДОрОДЫ, 
аЛкинЫ 
233

8.1. Номенклатура, изомерия и физические свойства 
алкинов 
233
8.2. Способы получения алкинов 
235
8.3. Особенности электронного строения алкинов 
238
8.4. Химические свойства алкинов 
240
8.4.1. Реакции электрофильного присоединения 
к алкинам 
240
8.4.2. Реакции нуклеофильного 
присоединения 
246
8.4.3. Присоединение водорода 
248

Содержание

8.4.4. Реакции окисления 
249
8.4.5. Реакции олигомеризации 
250
8.4.6. Изомеризация алкинов 
(А. Е. Фаворский, 1888) 
252
8.4.7. Кислотные свойства алкинов – 
получение металлических производных – 
ацетиленидов 
252
8.5. Ацетилен в органическом синтезе 
254
Резюме
255
Вопросыизадания
257

9. аЛкаДиенЫ 
(ДиенОВЫе УгЛеВОДОрОДЫ) 
259

9.1. Классификация 
259
9.2. Сопряженные алкадиены 
260
9.2.1. Получение сопряженных алкадиенов 
260
9.2.2. Особенности сопряженных алкадиенов 
262
9.2.3. Электронное строение сопряженных 
алкадиенов. Мезомерный эффект 
(π,π-сопряжение) 
265
9.2.4. Химические свойства сопряженных 
алкадиенов 
273
9.2.5. Изопреновое звено в природе 
287
Резюме
289
Вопросыизадания
290

ПреДисЛОВие

Органическая химия – одна из важнейших дисциплин 
естественного цикла наук, теоретически исследования и 
практические результаты которой пронизывают все сферы 
деятельности человека, включая само его существование. Органическая химия занимает особое положение в системе наук 
благодаря тесной связи с биологией. Органические соединения замечательны тем, что из них построено все живое на 
земле, в то время как предметом изучения биологии является 
живая природа.
Данное издание разработано для студентов биолого-химических факультетов педагогических университетов и институтов, и с учетом перехода к многоуровневому образованию 
(бакалавры, магистры), предназначено, в первую очередь для 
бакалавриата биолого-химического и биологического направлений, но может оказаться интересным и полезным химикам 
и биологам с дополнительными специальностями экология, 
иностранный язык и другие, а также для широкого круга интересующихся и изучающих органическую химию (учителя, 
учащиеся школ с углубленным изучением органической химии, студенты нехимических вузов).
Курс органической химии стоит в ряду основных дисциплин в специальной подготовке учителя биологии и химии в 
средней школе, обеспечивая студентов знаниями о содержании, теоретических и практических аспектах органической 
химии как науки о строении и свойствах органических соединений, играющей огромную роль в жизнеобеспечении современного человека, а именно в развитии промышленного производства, сельского хозяйства, здравоохранения и медици

Предисловие

ны, в повседневной жизни, а также, что важно для будущих 
биологов, в обменных процессах живых организмов, построенных, главным образом, из органических молекул (белков, 
липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и т. п.). 
Будущим биологам курс органической химии закладывает основы понимания химии биологических систем. Изучение 
органической химии является необходимым этапом для освоения широкого разнообразия современных биологических наук 
(биохимии, молекулярной биологии и генетики, физиологии 
растений и животных, микробиологии и биотехнологии), что 
требуется для преподавания естествознания и общей биологии в школе. 
Данное издание включает в себя основной материал курса 
органической химии в последовательности, представленной в 
утвержденной программе курса (2002–2011 гг.). В издании по 
сравнению с использовавшимися ранее учебными пособиями 
полностью обновлено и приведено в соответствие с современным уровнем знаний содержание курса. Материал курса органической химии содержит изложение современных данных по 
номенклатуре и изомерии, электронному строению, включая 
квантово-химические рассмотрения, способов получения и химических свойств каждого класса органических соединений в 
их взаимосвязи, а также широко представляет иллюстрации 
биологического значения или физиологической роли органических производных тех или иных классов.
Особое внимание уделено современным теоретическим 
представлениям в органической химии, взаимосвязи между 
строением соединений и их реакционной способностью, а также механизмам органических реакций, позволяющим объяснять и прогнозировать их направление и особенности. В отличие от предыдущих изданий сделан акцент на квантово-химической трактовке с привлечением метода валентных схем 
и метода молекулярных орбиталей для объяснения особенностей строения, химического поведения органических соединений, реакционной способности. Изучение фактического материала с опорой на знание теории облегчает усвоение знаний, 
позволяет развивать навыки анализа и синтеза в обучении, 
способствует становлению химического мышления.
Материал издания систематизирован по основным классам органических соединений и их функциональных произ

Предисловие

водных. Для облегчения восприятия каждый раздел сопровождается кратким резюме и перечнем вопросов и заданий, 
предназначенных для повторения, более прочного усвоения 
знаний и формирования всестороннего представления о 
предмете.
В методике изложения материала сделан упор на установление взаимосвязи между строением и химическими превращениями отдельных классов, а также на сопоставление 
свойств разных классов, их генетической связи, что создает 
основу для выработки химического мышления и творческого 
овладения органической химией.
Материал курса органической химии учитывает современные тенденции в развитии научных знаний и производства, состоящие в стремительном вхождении нанотехнологий 
во многие сферы деятельности человека, и знакомит будущих 
учителей с сущностными элементами нанотехнологий, проявлениями, открытиями и внедрениями нанотехнологических процессов в области органической химии и сопряженных 
с ней областей биологических наук (биохимии, физиологии, 
биотехнологии, молекулярной биологии и т. д.)
Содержание и объем издания по органической химии 
преследуют цели обеспечения высокого уровня профессиональной подготовки студентов в области химии и создания 
базы для последующего изучения наук, находящихся на стыке биологии и химии.
Для студентов нехимических специальностей материал 
данного издания позволяет достичь необходимой широты и 
глубины научного мировоззрения для формирования полноценного учителя биологии с высоким профессиональным 
уровнем, а также обеспечивает возможность последующего 
постижения наук биологического цикла.
Все ценные замечания и предложения, направленные 
на улучшение учебника, будут приняты авторами с благодарностью.

Введение

ПреДмет ОрганическОй химии 

истОрия разВития

Этапы становления и развития органической
химии.–ТеорияхимическогостроенияА.М.Бутлерова.
–Классификацияорганическихсоединений

Органическая химия занимает в системе наук особое 
положение благодаря тесной связи с биологией. Органические соединения замечательны прежде всего тем, что из 
них построено все живое на Земле. Перо птицы, лепесток 
розы, окраска цветов и ягод, да и весь растительный и животный мир обязаны своим существованием органическим 
 молекулам. Все жизненные явления – рождение, рост, развитие и обитание в окружающей среде, обеспечиваются превращениями разнообразных органических соединений внутри 
каждого живого организма, называемыми обменом веществ. 
Одни специфические органические молекулы – белки (ферменты) – способствуют протеканию подобных процессов с огромными скоростями. Другие, так называемые «топливные 
молекулы», поставляют энергию для этих реакций. Сами энергетические молекулы (аденозинтрифосфат, АТФ) синтезируются в организме благодаря превращениям таких органических 
соединений – «топливных молекул», как углеводы (глюкоза), 
жиры и другие, вовлекаемых в особый цикл превращений, где, 
как «в топке», эти соединения «сгорают» до СО2 и воды с образованием молекул АТФ. Носителями наследственной информации являются также органические соединения – нуклеиновые 
кислоты (НК). Относительно низкомолекулярные соединения – 
витамины, гормоны, пептиды, простагландины и т. п. отвечают 

Введение

за регуляцию процессов взаимопревращений органических соединений в живом теле, называемых обменом веществ.
Живая клетка по существу представляет собой настоящую 
фабрику по производству самых различных органических веществ, необходимых для поддержания жизни как самой клетки, так и всего организма. Органические вещества лежат в 
основе жизнедеятельности всего живого на Земле.
Трудно переоценить также значение органических соединений не только в жизнедеятельности, но и в жизнеобеспечении человека. Органические соединения широко используются в быту и народном хозяйстве. Они кормят и одевают 
человека, обеспечивают ему кров и нормальные условия для 
жизни. Так, белки, жиры, углеводы, витамины – основные 
компоненты пищи. Из хлопка, вискозы, шелка, шерсти – изготавливают различные материалы и одежду. Огромные комплексы научно-исследовательских лабораторий, химических, 
биотехнологических и нанобиотехнологических производств 
трудятся над созданием новых синтетических волокон, полимерных материалов, фармакологических препаратов, обладающих полезными и необходимыми человечеству качествами, 
позволяющими сберечь природные ресурсы и обеспечивающие человека всем необходимым.
Все органические вещества содержат углерод. В 30-е гг. 
XIX столетия Гмелин определял органическую химию как 
химию соединений углерода. Однако не все соединения углерода относят к органическим: СО, СО2 Н2СО3 – типичные неорганические вещества. В наше время органическую химию определяют как химию углеводородов и их производных. 
В состав органических соединений могут входить и неуглеродные атомы, такие как кислород, азот, сера, фосфор и другие. 
С древнейших времен люди использовали разнообразные 
органические вещества, выделяя их из природных источников. Еще не сложились понятия не только органической, но и 
химии вообще, но уже были известны уксусная кислота, винный спирт, жиры, масла, красители (индиго) и другие. Как 
наука органическая химия начала формироваться в конце 
XVIII – начале XIX вв. Термин «органическая химия» был 
введен впервые шведским ученым Я. Берцелиусом (1808
г.), который понимал под ним химию веществ, выделяемых 
из растительных и животных организмов. Берцелиус под

ПРЕДМЕТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

держивал распространенное в те времена учение о том, что 
органические соединения могут образовываться только в живых организмах под действием так называемой «жизненной 
силы», получившее название витализм (vita – жизнь).
В истории развития органической химии просматривается несколько периодов.

Этапы становления и развития 
органической химии

Время от первоначального знакомства человека с органическими веществами до становления органической химии как 
науки (конец XVIII – начало XIX в.) относят к эмпирическому 
периоду. Основным итогом этого периода явилось осознание 
значения элементного анализа и установления молекулярной 
массы как подхода к определению молекулярных формул.
Органическая химия родилась из мира живых организмов. Господствовавшее в те времена виталистическое учение, поддерживаемое авторитетными учеными этого периода 
(Берцелиус), тормозило развитие ее как науки, так как по 
существу признавало органический мир непознаваемым.
С конца первой четверти XIX в. последовала цепь открытий, которые сокрушили виталистическое учение и положили 
начало новому, аналитическому, периоду развития органической химии. В 1824 г. ученик Берцелиуса – немецкий химик Велер синтезировал органическое вещество – щавелевую 
кислоту из неорганического – дициана:

(CN)2 → HOOC-COOH

и вслед за ним – типичное органическое соединение – мочевину из минеральной соли – циановокислого аммония (1828 г.):

NН4СNO → NH2-CO-NH2.

В 1862 г. Велер синтезировал ацетилен из карбида кальция. А. М. Бутлеров осуществил в 1861 г. синтез сахаристого 
вещества – акрозы из формальдегида. Подобные эксперименты явились убедительным доказательством того, что органи

Введение

ческие вещества могут быть синтезированы обычными методами синтетической химии.
К 60-м гг. XIX столетия накопился значительный экспериментальный материал, который требовал систематизации 
и обобщения. Это вызвало к жизни целый ряд теорий.
Электрохимическая 
теория 
химического 
сродства 
Я. Берцелиуса (дуалистическая теория) основывалась на 
идее электроположительности и электроотрицательности 
взаимодействующих атомов и способности соединений разлагаться «на электроположительную и электроотрицательную части». Теория хорошо удовлетворяла фактам неорганической химии, однако, не оправдала себя в ряду органических 
соединений. С другой стороны, пример реакции замещения 
атомов водорода в уксусной кислоте на электроотрицательный хлор (реакция металепсии, Дюма) без существенного 
изменения химического характера соединения указывали на 
важность не столько качественного состава атомов, сколько 
расположения их в молекуле, то есть типа соединения. Так 
возникла теория типов (Лоран). 
Параллельно развивалась возникшая ранее теория радикалов (Велер, Либих) как неизменных составных частей 
органических веществ, которые переходят в реакциях из одного соединения в другое (СН3СО – ацетил, С6Н5СО – бензоил 
и т. п.). Далее, однако, стало ясно, что неизменных радикалов 
не существует, и это понятие было вытеснено понятием остатка, то есть части молекулы, которая сохраняется в данной реакции, но может быть иной в других. 
Наблюдения за наиболее изменяемой частью молекулы 
(которую сейчас называют функциональной группой) привели к разработке унитарной теории типов Жерара. В соответствии с этой теорией спирты являлись аналогами воды, 
хлоралканы – аналогами хлороводорода. Были выделены 
соединения, относящиеся к типу аммиака, водорода, метана 
(Кекуле), которые получались введением вместо водорода 
органических остатков (прежних радикалов) и, вместе с их 
гомологическим и изологическим разнообразием, создавали 
широкий спектр органических соединений.
Теория типов и теория радикалов, возникшие одна за другой и развивавшиеся в постоянном противоборстве, сыграли 
определенную положительную роль (особенно теория типов),