Posobie_Mono-_i_polifunkc.org.soed

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России)

Методические рекомендации к занятиям по химии биологически важных моно- и полифункциональных

органических соединений

учебно – методическое пособие для студентов 1 курса медицинского университета

САРАТОВ

2013

УДК 547.1: 577.1 (075.8)

ББК 24.23 + 28.072 я73

Автор. знак М545

Методическое пособие предназначено для студентов I курса лечебного, педиатрического, стоматологического и медико–профилактического факультетов Саратовского государственного медицинского университета и разработано в соответствии с «Программой для студентов факультетов по специальности: лечебное дело, педиатрия, стоматология, медико-профилактическое дело медицинских вузов».

В пособии вопросы теории и практики соединены в единую форму занятий. По каждой теме приведены план и вопросы для самоподготовки, теоретическая часть, методические указания для выполнения лабораторных работ, упражнения и варианты тестированных заданий для самостоятельной работы студентов. Последовательность расположения заданий служит установлению логической связи между основными понятиями и раскрытию обобщающих закономерностей.

Авторы - составители: П.В. Решетов, доктор химических наук, заведующий кафедрой общей и биоорганической химии СГМУ; О.П. Семенова, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры общей и биоорганической химии СГМУ; М.И. Скуратова, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры общей и биоорганической химии СГМУ; А.А. Морозова, кандидат химических наук, ассистент кафедры общей и биоорганической химии СГМУ; Р.Т. Куцемако, кандидат биологических наук, доцент кафедры общей и биоорганической химии СГМУ.

© Саратовский медицинский университет, 2013.

© П.В. Решетов О.П. Семенова, М.И. Скуратова, А.А. Морозова. Р.Т. Куцемако.

ФГУП НТЦ “Информрегистр” номер государственной регистрации обязательного эк-

земпляра электронного издания 0321301984; регистрационное свидетельство №31283

от 06.08.2013 г.

2

1. Биологически важные одно- и многоатомные спирты, фенолы

Цель занятия: изучение номенклатуры, классификации, строения, и химиче-

ских свойств спиртов и фенолов.

Студент должен знать:

-классификацию спиртов и фенолов;

-номенклатуру спиртов и фенолов;

-строение спиртов и фенолов;

-химические свойства спиртов и фенолов.

Студент должен уметь:

-называть по международной и тривиальной номенклатуре спирты, фенолы;

-сравнивать реакционную способность одноатомных и многоатомных спир-

тов;

- писать уравнения химических реакций спиртов и фенолов.

Перечень вопросов для подготовки по теме “ Биологически важные одно-

имногоатомные спирты и фенолы ”

1.Спирты. Классификация. Номенклатура. Физические свойства. Ки-

слотные свойства: образование алкоголятов. Основные свойства: обра-

зование оксониевых солей. Нуклеофильные свойства: получение про-

стых эфиров и сложных эфиров с неорганическими и карбоновыми ки-

слотами. Реакции с участием электрофильного центра (образование галогенопроизводных) и СН-кислотного центра (дегидратация).

2.Многоатомные спирты. Особенности их химического поведения: хе-

латные комплексы, сложные эфиры многоатомных спиртов с неоргани-

ческими кислотами (нитроглицерин, фосфаты глицерина, инозита).

3.Отношение первичных, вторичных и третичных спиртов к окислению.

Окисление диолов.

3

4.Фенолы. Классификация. Номенклатура. Кислотные свойства: образо-

вание фенолятов. Нуклеофильные свойства: получение простых и сложных эфиров фенолов. Замещение фенольного гидроксила. Реак-

ции электрофильного замещения в ароматическом ядре фенолов: гало-

генирование, сульфирование, нитрование. Окисление и восстановле-

ние фенолов.

5.Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин – строение,

применение. Фенолы как антиоксиданты.

Врезультате замещения одного или нескольких атомов водорода в углеводоро-

дах на гидроксильную группу (–ОН) образуются спирты или фенолы.

Спирты – это производные углеводородов, в молекулах которых один или не-

сколько атомов водорода у насыщенного (sp3-гибридного) атома углерода заме-

щены на гидроксильную группу (–ОН).

Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в которых одина или несколько гидроксильных групп непосредственно соединены с бензольным коль-

цом.

Енолы- все остальные производные непредельных углеводородов, в которых гидроксильная группа связана с ненасыщенным, находящемся в состоянии sp2-

гибридизации, атомом углерода.

4

	sp3		2
		C sp
	C
	OH		OH

спирты		фенолы			енолы
		OH
CH3OH					H C		C			CH3
					2
метанол
		фенол					OH
					пропенол-2

1.1.Одноатомные спирты

Спирты - это производные углеводородов, в молекулах которых один или не-

сколько атомов водорода у насыщенного (sp3-гибридного) атома углерода заме-

щены на гидроксильную группу (–ОН).

Классификация спиртов

Спирты различают:
1. По количеству групп ОН:
одноатомные	СН3		СН2					ОН этанол
	H2C				CH2
двухатомные (диолы)	OH OH этиленгликоль
	H2C					CH			CH2
									OH глицерин
многоатомные спирты(полиолы)	OH OH

5

2.По характеру углеводородного радикала различают:

предельные (алканолы) СН3-СН2-ОН этанол

непредельные СН2 = СН СН2 ОН пропен-2-ол

ароматические

CH2OH бензиловый спирт

3. По типу углеродного атома:

первичные (пропанол-1) СН3 СН2 СH2 ОН

вторичные (пропанол-2) H3C - CH - CH3

	OH
третичные (2-метилпропанол-2)	CH3

H3C - C - CH3

OH

Гомологический ряд предельных одноатомных одноатомных спиртов.

Первым членом гомологического ряда предельных одноатомных спиртов (алка-

нолов CnH2n+1OH) является метанол СН3ОН, каждый последующий член гомоло-

гического ряда отличается на группу СН2 (гомологическую разницу).

Формула спирта	Название по радикало-		Название по замести-
	функциональной	но-	тельной номенклатуре
	менклатуре
СН3ОН	метиловый спирт		метанол
С2Н5ОН	этиловый спирт		этанол
С3Н7ОН	пропиловый спирт		пропанол
С4Н9ОН	бутиловый спирт		бутанол

6

С5Н11ОН	амиловый спирт	пентанол
С6Н13ОН	гексиловый спирт	гексанол

Номенклатура спиртов

Название спиртов по номенклатуре ИЮПАК образуется от названия соответст-

вующих алканов прибавлением окончания «ол» и указанием номера атома, ко-

торый содержит гидроксильную группу. Нумерация главной цепи начинают с того конца, ближе к которому находится группа ОН.

По радикало – функциональной номенклатуре название образуется от на-

звания соответствующего радикала с добавлением окончания «-овый спирт».

Для спиртов так же используется тривиальная номенклатура.

CH3 - CH - CH2 - OH 2-метилбутанол-1(ИЮПАК)
CH3	изобутиловый спирт (радикало-функциональная)

изо-бутанол(тривиальная)

Изомерия спиртов

Для спиртов характерна структурная изомерия:

Изомерия углеродной цепи:

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - OH	CH3 - CH - CH2 - OH
	CH3
бутанол-1	2-метилпропанол-1

Изомерия положения функциональной группы:

H3C - CH2 - CH2 - OH

пропанол-1

7

H3C - CH - CH3

OH

пропанол-2

Межклассовая изомерия (спирты изомерны простым эфирам):

CH3 O CH3

диметиловый эфир

СН3-СН2-ОН этанол

Физические свойства спиртов. Водородная связь.

Первые представители гомологического ряда спиртов – жидкости, высшие спирты – твердые вещества. Отсутствие газообразных спиртов и аномально вы-

сокие температуры кипения по сравнению с алканами, тиолами и простыми эфи-

рами объясняются способностью молекул к образованию межмолекулярных во-

дородных связей. Первые представители спиртов (метанол, этанол, пропанол)

смешиваются с водой в любых соотношениях, за счет образования водородной связи с молекулами воды. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.

Низшие спирты обладают характерным алкогольным запахом, запах сред-

них гомологов сильный и неприятный. Высшие спирты практически не имеют запаха, а третичные спирты обладают неприятным запахом плесени.

Механизм образования межмолекулярных связей.

Атом кислорода в молекуле спирта обладает большой электроотрицатель-

ностью и оттягивает на себя электронную плотность от атома водорода, при этом на атоме водорода возникает частично положительный заряд (δ+), а на атоме ки-

слорода частично отрицательный (δ-) заряды. Поэтому атом водорода электро-

статически притягивается к атому кислорода другой молекулы и между ними

8

возникает водородная связь. Молекулы связанные между собой водородными связями, образуют ассоциаты.

H - O . . .H - O . . .H - O

CH3 CH3 CH3

Наибольшую склонность к образованию водородных связей проявляют первичные спирты. Для вторичных и особенно третичных спиртов способность к ассоциации снижается, так как образованию водородных связей препятствуют разветвленные радикалы.

Электронное строение спиртов

				основные свойства,
окисление				нуклеофильные свойства
		H		кислотные свойства
R	CH	CH	O	H
	H		нуклеофильное замещение
дегидратация

Химические свойства спиртов обусловлены их электронным строением. В моле-

куле спирта кислород, как более электроотрицательный атом, тянет на себя электрон-

ную плотность от атомов углерода углеводородного радикала и от водорода. При этом связи С – О и О – Н поляризуются и на атомах углерода и водорода возникают частично положительный (δ+), а на атоме кислорода частично отрицательный (δ-)

заряды. Полярность связи О – Н определяет еѐ склонность к гетеролитическому разрыву. Таким образом, атом водорода становится подвижным и способен отщеп-

ляться в виде протона (Н+). Следовательно, спирты проявляют свойства ОН-кислот. В

то же время у кислорода имеется неподелѐнная донорная электронная пара и спирты проявляют основные свойства. Поэтому можно сказать, что спирты являются

9

амфотерными соединениями. За счет поляризации связи С – О возможен гетеролити-

ческий разрыв и для спиртов характерны реакции нуклеофильного замещения (SN).

Химические свойства

1. Кислотно-оснóвные свойства.

Спирты – слабые амфотерные соединения.

Взаимодействие с активными металлами приводит к образованию солей спиртовалкоголятов (кислотные свойства):

2С2H5–ОН + 2Nа 2 С2H5–ОNа + Н2

этилат натрия

Алкоголяты легко гидролизуются, это доказывает что спирты более сла-

бые кислоты, чем вода и равновесие в реакции со щелочами смещено в сторону исходных веществ.

С2H5– ОNа + НОН С2H5–ОН + NаОН

Кислотность алканолов уменьшается с увеличением длины углеводород-

ного радикала из-за увеличения донорного эффекта радикала. В ряду первич-

ные – вторичные - третичные спирты та же уменьшается.

Взаимодействие с сильными кислотами (основные свойства).

Оснóвным центром в спиртах является атом кислорода, обладающий не-

поделѐнной парой электронов. При действии на спирты сильными кислотами происходит присоединение Н+ к атому кислорода группы с образованием до-

норно-акцепторных связей и образуется неустойчивый алкилоксониевый ион:

	+
CH3 - CH2 - OH + HCl				[C2H5 - O - H]Cl-
				H
		этилоксоний хлорид

2. Реакции с разрывом связи О-Н.

10