Вопрос 48

Альдеги́ды (от лат.alcohol dehydrogenatus — спирт, лишённый водорода) — класс органических соединений, содержащих альдегидную группу (–CHO)^[1]. ИЮПАК определяет альдегиды как вещества вида RCHO, в которых карбонильная группа связана с одним атомом водорода и одной группой R^[2].

CH₂O- муравьиный альдегид, С₂Н₄О-уксусный альдегид, С₃Н₆О-пропионовый альдегид, C₄H₈O-маслянистый альдегид, C₅H₁₀O-валерьяновый альдегид.

Лабораторные методы получения альдегидов Окислительные методы

• Для получения альдегидов в лабораторных условиях часто используется реакция окисления первичных спиртов реагентами

Как метод получения альдегидов может использоваться восстановительный озонолиз симметричных дизамещённых алкенов либо циклических алкенов (в данном случае реакция приводит в образованию диальдегида)

• Также к данному типу реакций относится окисление вицинальных диолов йодной кислотой или тетраацетатом свинца^[12].

• Важным методом также является гидроборирование — окисление алкинов, в ходе которого к алкину против правила Марковникова присоединяется диалкилборан (например, дисиамилборан), а полученный продукт окисляется щелочным раствором пероксида водорода, что приводит к образованию альдегида^[13].

Восстановительные методы

•  в реакции Розенмунда хлорангидриды восстанавливают под действием водорода на палладиевом катализаторе. Аналогичное превращение можно провести под действием три(трет-бутокси)алюмогидрида лития^[15].

• Сложные эфиры селективно восстанавливаются до альдегидов под действием диизобутилалюминийгидрида^[

Синтез ароматических альдегидов

Альдегидную группу можно ввести в ароматические соединения реакциями Гаттермана, Гаттермана — Коха, Вильсмейера — Хаака, Рихе и Раймера — Тимана.

• Также ароматические альдегиды могут быть получены окислением метилзамещённых бензолов под действием ряда окислителей, в том числе, оксида хрома(VI) CrO₃, оксида марганца(IV) MnO₂ и нитрата церия — аммония^[en][18].

• Реакция Соммле позволяет окислять бензилгалогениды ArCH₂X под действием уротропина с последующим гидролизом образующейся соли до альдегида. Данная реакция применима для синтеза разнообразных ароматических и гетероциклических альдегидов. Подобное превращение можно осуществить, также окисляя бензилгалогениды солями 2-нитропропана^[18].

• Ароматические альдегиды можно получать из производных ароматических карбоновых кислот общими методами, однако существуют и специфические реакции. Например, реакция Стефена позволяет восстанавливать ароматические нитрилыхлоридом олова(II) SnCl₂ с последующим гидролизом, что приводит к ароматическому альдегиду^[18].

Вопрос 49

К одноосновным предельным карбоновым кислотам относятся органические вещества, в молекулах которых имеется одна карбоксильная группа, связанная с радикалом предельного углеводорода или с атомом водорода.

Муравьиная кислота, уксусная кислота, Масляная кислота, Валериановая кислота. Капроновая, каприловая и каприновая кислоты, Энантовая кислота, Пеларгоновая кислота, Лауриновая кислота.

Уксусная кислота обладает всеми свойствами карбоновых кислот. Связь между водородом и кислородом карбоксильной группы (−COOH) карбоновой кислоты является сильно полярной, вследствие чего эти соединения способны легко диссоциировать и проявляют кислотные свойства.

В результате диссоциации уксусной кислоты образуется ацетат-ион CH₃COO⁻ и протон H⁺. Уксусная кислота является слабой одноосновной кислотой со значением pK_a в водном растворе равным 4,75. Раствор с концентрацией 1.0 M (приблизительная концентрация пищевого уксуса) имеет pH 2,4, что соответствует степени диссоциации 0,4 %.

На слабой диссоциации уксусной кислоты в водном растворе основана качественная реакция на наличие солей уксусной кислоты: к раствору добавляется сильная кислота (например, серная), если появляется запах уксусной кислоты, значит, соль уксусной кислоты в растворе присутствует (кислотные остатки уксусной кислоты, образовавшиеся из соли, связались с катионами водорода от сильной кислоты и получилось большое количество молекул уксусной кислоты)^[13].

Исследования показывают, что в кристаллическом состоянии молекулы образуют димеры, связанные водородными связями.^[14]

Уксусная кислота способна взаимодействовать с активными металлами. При этом выделяется водород и образуются соли —ацетаты.

Mg(тв) + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Mg + H₂

Уксусная кислота может хлорироваться действием газообразного хлора. При этом образуется хлоруксусная кислота.

CH₃COOH + Cl₂ → CH₂ClCOOH + HCl

Этим путем могут быть получены также дихлоруксусная (CHCl₂COOH) и трихлоруксусная (CCl₃COOH) кислоты.

Уксусная кислота вступает во все реакции, характерные для карбоновых кислот. Она может быть восстановлена доэтанола действием алюмогидрида лития. Уксусная кислота также может быть превращена в хлорангидрид действием тионилхлорида. Натриевая соль уксусной кислоты декарбоксилируется при нагревании со щелочью, что приводит к образованию метана.

Карбоновые кислоты - исходные соединения для получения промежуточных продуктов органического синтеза, в частности кетенов, галогенангидридов, виниловых эфиров, галогенкислот. Соли карбоновых кислот и щелочных металлов применяют как мыла, эмульгаторы, смазочные масла; соли тяжелых металлов - сиккативы, инсектициды и фунгициды, катализаторы. Эфиры кислот - пищевые добавки, растворители; моно- и диэфиры гликолей и полигликолей пластификаторы, компоненты лаков и алкидных смол; эфиры целлюлозы - компоненты лаков и пластмассы. Амиды кислот - эмульгаторы и флотоагенты.

Муравьиная кислота является сильным восстановителем и обладает сильным бактерицидным эффектом. На этих свойствах основано ее применение в медицине (используется муравьиный спирт - 1,25% спиртовой раствор муравьиной кислоты), как консерванта (при силосировании зелёной массы и фруктовых соков) и для дезинфекции. Также применяется для обработки кожи и отделке текстиля и бумаги. Широко используются эфиры муравьной кислоты - метилформиат, этилформиат и изоамилформиат.^[11]

Уксусная кислота – в пищевой и химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров). В домашнем хозяйстве как вкусовое и консервирующее вещество. В промышленности - растворитель лаков, коагулянт латекса, ацетилирующий агент^[12].

Масляная кислота – для получения ароматизирующих добавок (эфиры метилбутират и изоамилбутират - ароматизаторы в промышленности), пластификаторов и флотореагентов, как экстрагент щелочно-земельных металлов.^[13]

Щавелевая кислота – в металлургической промышленности (удаление окалины), в качестве протравы при крашении, для отбелки соломы, при приготовлении чернил, как реагент в аналитической органической химии^[14].

Стеариновая C17H35COOH и пальмитиновая кислота C15H31COOH – в качестве поверхностно-активных веществ (натриевая соль), смазочных материалов в металлообработке, как компонент и эмульгатор кремов и мазей. Эфиры - антиоксиданты и стабилизаторы пищевых продуктов, компоненты клеящих паст и для обработки текстиля и кожи.^[15]

Олеиновая кислота C17H33COOH – флотореагент при обогащении руд цветных металлов.

51)Сложные эфиры - класс органических соединений, представляющих собой производные неорганических или органических кислот, в которых гидроксильная группа заменена на алкоксильную группу.

Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации) сложных эфиров:

Применяются как растворители, благодаря приятному запаху применяются в пищевой и парфюмер косметической промышленности. В природе выполняют несколько ролей:

1)Строительная- жиры входят в состав клеточной мембраны.

2)Энергетическая – в ходе расщепления жиров происходит высвобождение энергии.

3)Запасающая- жиры запасают энергию.

52) В зависимости от числа углеводородных радикалов, связанных с атомом азота, различают первичные, вторичные и третичные амины, а также четвертичные аммониевые соли.

RNH2 RR/NH RR/R//N RR/R// R///N⁺X^-

Первичныеамины вторичные амины третичныеамины четвертичные аммониевые соли

Пример:

Химические свойства аминов. Отличительная способность аминов – присоединять нейтральные молекулыс образованием органоаммониевых солей, подобных аммонийным солям в неорганической химии.

Растворяясь в воде, амины по такой же схеме захватывают протон, в результате в растворе появляются ионы ОН–, что соответствует образованию щелочной среды, ее можно обнаружить с помощью обычных индикаторов.

Получение аминов. В промышленности алифатические амины получают каталитическим взаимодействием спиртов с NH3 при 300–500° С и давлении 1–20 МПа, в результате получают смесь первичных, вторичных и третичных аминов

Применение аминов.

Амины широко применяются для получения лекарств, полимерных материалов. Анилин — важнейшее соединение данного класса, которое используют для производства анилиновых красителей, лекарств (сульфаниламидных препаратов), полимерных материалов.

53)

Он находит широкое применение в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств.Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом . На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит.

Основной способ получения анилина — восстано­вление нитробензола. В промышленных условиях восстановление проводят водородом при 250-350 °С на никелевом или медном катализаторе.

В лаборатории для этой цели используют цинк в кислой среде:

С6Н5NО2 + 3Zn + 7HCl → C6H5NH3Cl + 3ZnCl2 + 2Н2О

или алюминий в щелочной среде:

C6H5NO2 + 2Al + 2NaOH + 4Н2О → C6H5NH2 + 2Na[Al(OH)4].

54) Аминокислоты - это органические кислоты, у которых атом водорода -углеродного атома замещен на аминогруппу - NH2. Следовательно, по химической природе это -аминокислоты с общей формулой: Из этой формулы видно, что в состав всех аминокислот входят следующие общие группировки: - CH2, - NH2, - COOH. Боковые же цепи (радикалы - R ) аминокислот различаются.

Химические свойства:

1. Взаимодействие с основаниями:

H₂N – CH₂ – COOH  +  NaOH → H₂N – CH₂  - COONa  + H₂O

1. Взаимодействие с кислотами:

H₂N – CH₂ – COOH  + HCI →  [H₃N⁺ - CH₂ – COOH]CI^-

1. Образование внутренних солей – биполярных ионов:

H₂N – CH₂ – COOH  ⇄   H₃N⁺ — CH₂ – COO^-

1. Взаимодействие с формальдегидом с образованием метиленаминокислот:

CH₃ – CH(NH₂) – COOH  +  CН₂О → CH₃ – CH(N=CH₂) – COOH  +  H₂O

 5. Реакция со спиртами:

СН₃ – СН(NH₂) – СООН + С₂Н₅ОН   ↔  СН₃ – СН(NH₂) – СООС₂Н₅  +  Н₂O

       6. Взаимодействие с азотистой кислотой:

          СН₃ – СН(NH₂) – СООН + HONO → CH₃ – CH₂OH + N₂↑ + H₂O +  CO₂↑

7.   Гомополиконденсация. Так из ε-аминокапроновой кислоты получают полимер – капрон:

nH₂N – (CH₂)₅ – COOH →  [-HN – (CH₂)₅ – CO- ]_n  +  (n – 1)Н₂О

 8. Сополиконденсация различных аминокислот с образованием полипептидов:

R – CH(NH₂) – COOH + H₂N – CH(R₁) – COOH → R – CH (NH₂) – C(O) – N(H) –CH(R₁) –COOH

                                                                                   -H₂O

2. Образование внутренних солей – биполярных ионов:

H₂N – CH₂ – COOH  ⇄   H₃N⁺ — CH₂ – COO^-

2. Взаимодействие с формальдегидом с образованием метиленаминокислот:

CH₃ – CH(NH₂) – COOH  +  CН₂О → CH₃ – CH(N=CH₂) – COOH  +  H₂O

 5. Реакция со спиртами:

СН₃ – СН(NH₂) – СООН + С₂Н₅ОН   ↔  СН₃ – СН(NH₂) – СООС₂Н₅  +  Н₂O

       6. Взаимодействие с азотистой кислотой:

          СН₃ – СН(NH₂) – СООН + HONO → CH₃ – CH₂OH + N₂↑ + H₂O +  CO₂↑

55)

56) Крахмал – основной источник резервной энергии в растительных клетках – образуется в растениях в процессе фотосинтеза и накапливается в клубнях, корнях, семенах:

6CO2 + 6H2O свет, хлорофилл → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O

глюкоза крахмал

Крахмал чаще всего получают из картофеля. Для этого картофель измельчают, промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Полученный крахмал еще раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.

В медицине применяют крахмал как наполнитель, а в хирургии - для приготовления неподвижных повязок. Широко используется в присыпках, мазях, пастах вместе с оксидом цинка, тальком. Внутрь применяют как обволакивающее при желудочно-кишечных заболеваниях.

Качественная реакция на крахмал.

(C6H10O5)n+nI2=комплекс синефиолетового цвета

57) Сахароза C12H22O11, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар — дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов — α-глюкозы и β-фруктозы. Изомеры сахарозы:

С сахарозой гидроксид меди (II) образует голубой раствор:

С12H22O11 + Cu(OH)2 = голубой раствор

58) Целлюлоза (клетчатка) – растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом на Земле.

Физические свойства. Это вещество белого цвета, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде, имеющее волокнистое строение. Растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди (II) – реактиве Швейцера.

Нахождение в природе. Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток. В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-55%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%). Основная составная часть оболочки растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.

Состоит из остатков β - глюкозы

Целлюлоза используется в производстве бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива.

Гидролиз

(C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 → nC6H12O6

глюкоза

Гидролиз протекает ступенчато:

(C6H10O5)n → (C6H10O5)m → xC12H22O11 → n C6H12O6 (Примечание, m<n)

крахмал декстрины мальтоза глюкоза

59) Ферменты— обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах.

Витамины - органические, биологически активные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности человека и животных; они играют решающую роль в обмене веществ. Витамины не синтезируются в организме или синтеризуются в недостаточном количестве. Они поступают с растительной или животной пищей. Большинство витаминов участвует в обмене веществ, входя в состав более чем 100 ферментов или конферментов.

Все витамины делят на жирорастворимые ( A, D, E, K), и водорастворимые ( B, C, PP и др.). Иногда одной буквой обозначаются несколько веществ или их смеси.

Гормоны — биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах.

Лекарственные вещества разделяют по двум классификациям:

Фармакологическая

Химическая

Первая классификация более удобна для медицинской практики. Согласно этой классификации, лекарственные вещества делятся на группы в зависимости от их действия на системы и органы. Например:

Снотворные и успокаивающие(седативные);

Сердечно – сосудистые;

Анальгезирующие (болеутоляющие),жаропонижающие и противовоспалительные;

Противомикробные (антибиотики,сульфаниламидные препараты и др.);

Местно-анестезирующие;

Антисептические;

Диуретические;

Гормоны;

Витамины

60)

Качественная реакция на белки. Белки выявляются в основном на реакциях, основанных на окрасках.

Ксантопротеиновая реакция. Данная реакция обнаруживает ароматические аминокислоты, входящие в белки (на примере тирозина):

(OH)C6H4CH(NH2)COOH + HNO3 —-H2SO4——> (OH)C6H3(NO2)CH(NH2)COOH↓ + H2O — выпадает осадок желтого цвета.

(OH)C6H3(NO2)CH(NH2)COOH + 2NaOH ——-> (ONa)C6H3(NO2)CH(NH2)COONa + H2O — раствор становится оранжевым.