Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Предельные углеводороды. Реакция окисления.
Предельные углеводороды Это сложные химические вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и атомов углерода.
Предельные углеводороды образуют гомологический ряд углеводородов, каждое химическое вещество в таком ряду отличается от предыдущего в химическом строении на одно и тоже количество атомов водорода и углерода.
Гомологический ряд
CH4 - метан
C2H6 - этан
C3H8 - пропан
C4H10 - бутан
C5H12 - пентан
C6H14 - гексан
C7H16 - гептан
C8H18 - октан
C9H20 - нонан
C10H22 - декан ...
Гомологический ряд характеризуется общей формулой, по которой можно определить формулу любого вещества данного ряда. Для предельных углеводородов - эта формула CnH2n+2
Окисление — процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.
При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя —акцепторами электронов
реакция горения (окисления) CH4+2O2---->CO2+H2O
ИНГИБИТОРЫ в-ва, тормозящие хим. р-ции. Ингибирование характерно для каталитич и цепных р-ций, которой-рые протекают с участием активных центров или активных частиц. Тормозящее действие обусловлено тем, что ингибитор блокирует активные центры катализатора или реагирует с активными частицами с образованием малоактивных радикалов, не способных продолжать цепь.
ИНИЦИАТОРЫ РАДИКАЛЬНЫЕ , в-ва, способные зарождать (инициировать) цепные радикальные процессы в результате распада или др. хим. р-ций образования радикалов свободных. К таким процессам относятся, напр., радикальная полимеризация, окисление орг. соединений
Наиболее широко распространены Радикалы свободные в органической химии. Их подразделяют на короткоживущие и долгоживущие. Короткоживущие алкильные (R) и арильные (Ar) Радикалы свободные со временем жизни менее 0,1 сек образуются при гомолитическом расщеплении различных химических связей.
3. Непредельные углеводороды. Механизм реакций электрофильного присоединения.
Непредельные углеводороды — углеводороды с открытой цепью, в молекулах которых между атомами углерода имеются двойные или тройные связи. Непредельные углеводороды способны к реакциям присоединения по двойным и тройным связям в открытой цепи. Они, например, присоединяют бром, легко окисляются раствором перманганата калия. Для многих непредельных углеводородов характерны реакции полимеризации. К непредельным углеводородам принадлежит несколько гомологических рядов: этилена (алкены), ацетилена (алкины), диены.
Ряд этилена (алкены) общая формула СnН2n . Число связей: одна двойная связь.
Диеновые углеводороды общая формула СnН2n-2 . Число связей: две двойные связи.
Ряд ацетилена (алкины) общая формула СnH2n-2 . Число связей: одна тройная связь.
4. Галогенопроизводные. Номенклатура, классификация.
К галогенопроизводным углеводородов относят соединения, у которых один или несколько атомов водорода замещены на атомы галогенов.
Галогенопроизводные углеводородов классифицируют в зависимости от природы углеводородного радикала (алифатические, али-циклические и ароматические), количества атомов галогена в молекуле (мо
но-, ди-, три- и полигалогенопроизводные), характера галогена (фторо-, хлоро-, бромо-, йодопроизводные), характера атома углерода, с которым связаны атомы галогена (первичные, вторичные и третичные галогенопроизводные)
Классификация. Моногалогенопроизвофдные (офдин галоген) C2H5CL
Полигалогенопроизвофдные C2H4CL2,CCL4
5.Механизм реакций нуклеофильного присоединения типа SN1, SN2.
Реакции SN1
Механизм реакции SN1 или реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения включает следующие стадии:
1. Ионизация субстрата с образованием карбкатиона (медленная стадия):
R−X → R+ + X−
2. Нуклеофильная атака карбкатиона (быстрая стадия):
R+ + Y− → R−Y
или (если в качестве нуклеофила выступает нейтральная частица):
R+ + Y−Z → R−Y+−Z
3. От
щепление катиона (быстрая стадия):
R−Y+−Z → R−Y + Z+
Примером реакции SN1 является гидролиз трет-бутилбромида:
Реакции SN2
Механизм реакции SN2 или реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения происходит в одну стадию, без промежуточного образования интермедиата. При этом атака нуклеофила и отщепление уходящей группы происходит одновременно:
R−X + Y− → [Y⋯R⋯X]− → R−Y + X−
Примером реакции SN2 является гидролиз этилбромида:
6. Арены. Механизм реакций электрофильного замещения.
Механизм реакции SEAr или реакции ароматического электрофильного замещения является самым распространенным и наиболее важным среди реакций замещения ароматических соединений и состоит из двух стадий. На первом этапе происходит присоединение электрофила, на втором — отщепление электрофуга:
В качестве атакующей частицы обычно выступают относительно слабые электрофилы, поэтому в большинстве случаев реакция SEAr протекает под действием катализатора — кислоты Льюиса.
В этом случае механизм реакции вы
глядит следующим образом (на примере хлорирования бензола, катализатор FeCl3) 1.На первом этапе катализатор взаимодействует с атакующей частицей с образованием активного электрофильного агента:
2. На втором этапе, собственно, и реализуется механизм SEAr:
Арены или ароматические углеводороды – это соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженны связей.Простейшие представители (одноядерные арены): бензол C6H6, толуол C6H5CH3
Многоядерные арены: нафталин С10Н8, антрацен С14Н10 и д
8.Спирты и фенолы. Классификация, изомерия, номенклатура. Электронное строение гидроксильной группы.
Спиртами называют соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно связанных с углеводородным радикалом.
Классификация спиртов
Спирты классифицируют по различным структурным признакам.
o одноатомные (одна группа -ОН) Например, СH3 – OH метанол, CH3 – CH2 – OH этанол
o многоатомные (две и более групп -ОН).
Современое название многоатомных спиртов - полиолы (диолы, триолы и т.д).
Примеры: двухатомный спирт – этиленгликоль (этандиол) HO–СH2–CH2–OH
трехатомный спирт – глицерин (пропантриол-1,2,3) HO–СH2–СН(ОН)–CH2–OH
Двухатмные спирты с двумя ОН-группами при одном и том же атоме углерода R–CH(OH)2 неустойчивы и, отщепляя воду, сразу же превращаются в альдегиды R–CH=O. Спирты R–C(OH)3 не существуют.
2. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты
o первичные R–CH2–OH,
o вторичные R2CH–OH,
o третичные R3C–OH.
3. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на
o предельные (например, СH3 – CH2–OH)
o непредельные (CH2=CH–CH2–OH)
o ароматические (C6H5CH2–OH)
Номенклатура спиртов Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы (если это необходимо). Например:
Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.
Цифра, отражающая местоположение ОН-группы, в русском языке обычно ставится после суффикса
"ол".
Для спиртов характерна структурная изомерия:
изомерия положения ОН-группы (начиная с С3);
Например:
· углеродного скелета (начиная с С4);
Например, формуле C4H9OH соответствует изомеры:
· межклассовая изомерия с простыми эфирами
Например,
этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
Возможна также пространственная изомерия – оптическая.
Например, бутанол-2 СH3CH(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями, существует в форме двух оптических изомеров.
Строение спиртов
Строение самого простого спирта — метилового (метанола) — можно представить формулами:
H
|
H—C—OH или CH3—OH структурные формулы
|
H
H
.. ..
H : C : O : H электронная формула
.. ..
H
Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары.
Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другимэлектроотрицательным атомом.
Спирты и фенолы тем не менее легко образуют водородные связи, поэтому все спирты и фенолы имеют более высокие температуры кипения, чем соответствующие углеводороды.
Если углеводородный радикал не обладает ярко выраженными гидрофобными свойствами, то эти спирты хорошо растворяются в воде. Водородная связь обусловливает способность спиртов переходить при отвердении в стеклообразное, а не кристаллическое состояние.
Кислотные свойства спиртов
Спирты способны проявлять как кислотные, так и основные свойства. Как слабые кислоты, спирты диссоциируют по связи O–H с образованием алкоксид-иона. В водном растворе кислотность спиртов снижается с увеличением молекулярной массы и разветвлённости углеводородной цепи.
Основные свойства спиртов
Спирты могут также вести себя как слабые основания Льюиса, образовывая с сильными минеральными кислотами соли алкоксония, а также давая донорно-акцепторные комплексы с кислотами Льюиса. Обычно подобные реакции не останавливаются на указанной стадии и ведут к нуклеофильному замещению гидроксильной группы или отщеплению воды.
Нуклеофильное замещение
Основная статья: Реакции нуклеофильного замещения
Атом углерода, непосредственно соединённый с гидроксильной группой, имеет частичный положительный заряд, что делает возможной атаку нуклеофильной частицы (галогенид-иона, аммиака, спирта и др.) по этому атому углерода с замещением гидроксильной группы на эту частицу.
Катализ – ускорение химической реакции веществом-катализаторам, которое вступает в химическое взаимодействие с реагентами, но регенерируется к моменту образования продуктов.
Если атом углерода в органической молекуле окисляется (отдает электроны более электроотрицательному атому), то этот процесс относят к реакциям окисления, т.к. продукт восстановления окислителя (об
ычно неорганическое вещество) не является конечной целью данной реакции. 1. Окислением называется процесс отдачи электроном атомом, молекулой или ионом электронов, степени окисления при этом повышаются.
10. Карбоновые кислоты и их производные. Функциональные производные карбоновых кислот: сложные эфиры. Механизмы реакций этерификации, гидролиза
Карбо́новые кисло́ты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH.
Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по карбоксильной группе.
Образование сложных эфиров R–COOR':
Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией этерификации. Катализаторами являются минеральные кислоты.
Механизм реакции этерификации
Образование сложных эфиров при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами (этерификация) происходит в условиях кислотного катализа как реакция нуклеофильного замещения. При этом в молекуле карбоновой кислоты RCOOH замещается гидроксильная группа -ОН на группу -OR' от молекулы спирта R'OH (в приведенном ниже примере R' = C2H5).
Реакция включает несколько обратимых стадий.
Стадия I. Активация карбоновой кислоты под действием катализатора – сильной кислоты (например, конц. H2SO4), превращающей нейтральную молекулу в к
арбокатион.
Стадия II (лимитирующая). Нуклеофильное присоединение спирта к карбокатиону.
Стадия III. Миграция протона H+ и формирование хорошей уходящей группы H2O.
Стадия IV. Отщепление воды и катализатора (H+) от неустойчивого продукта присоединения с образованием cложного эфира.
11.Оксикислоты. Номенклатура, свойства.Жирные кислоты. Реакции этерификации , гидролиза и омыления с участием жирных кислот.
Оксикислоты (оксикарбоновые кислоты, гидроксикарбоновые кислоты) — карбоновые кислоты, в которых одновременно содержатся карбоксильная игидроксильная группы, например молочная кислота: СН3-СН(ОН)-СООН. Оксикислоты проявляют все свойства, характерные для кислот (диссоциация,образование солей, сложных эфиров и т. д.), и свойства, характерные для спиртов (окисление, образование простых эфиров и т. д.).
Систематическая номенклатура оксикислот
Выбирают в молекуле наиболее длинную углеродную цепь, в которую входит атом углерода карбоксильной группы СООН и атом углерода, связанный с гидроксильной группой ОН.
Нумерацию цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы.
Называют окружающие радикалы: в порядке возрастания, с указанием количества и положения в цепи, начиная перечисление с группы ОН.
По длине цепи называют углеводород (алкан, алкен, алкин, и т.д.), добавляя –овая кислота.
Оксикислоты по рациональной номенклатуре называют, используя тривиальные названия карбоновых кислот. Положение оксигруппы и углеводородных радикалов указывается с помощью α, β и т.д. букв греческого алфавита.
Реакция алкилирования
Реакция ацилирования
Реакция окисления
Жирные кислоты — алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения.
Этерификация — реакция образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов:
RCOOH + R’OH ⇔ RCOOR' + Н2О
Жирам как сложным эфирам свойственна обратимая реакция гидролиза, катализируемая минеральными кислотами. При участии щелочей (или карбонатов щелочных металлов) гидролиз жиров происходит необратимо. Продуктами в этом случае являются мыла – соли высших карбоновых кислот и щелочных металлов.
Омыление — это расщепление сложного эфира с образованием спирта и соли (или органической кислоты). При омылении жиров, представляющих собой эфиры высших жирных кислот и глицерина, щелочами образуются соли жирных кислот, называемые мылами (отсюда и происхождение термина «омыление»).
Нитросоединения. Нитросоединениями называются органические вещества, в молекулах которых содержится нитрогруппа — NO2 при атоме углерода.
Их можно рассматривать как производные углеводородов, получающиеся путем замещения атома водорода на нитрогруппу. По числу нитрогрупп различают моно-, ди- и полинитросоединения.
Названия нитросоединемий производят от названий исходных углеводородов с добавлением приставки нитро- Общая формула этих соединений R—NO2.
По химическому поведению нитросоединения обнаруживают определенное сходство с азотной кислотой. Это сходство проявляется при окислительно-восстановительных реакциях.
Нитросоединения подразделяются на алифатические (жирные) и ароматические.
Моносахариды — органические соединения, одна из основных групп углеводов; самая простая форма сахара; являются обычно бесцветными, растворимыми в воде, прозрачными твердыми веществами. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды — стандартные блоки, из которых синтезируются дисахариды (такие, как сахароза, мальтоза, лактоза), олигосахариды и полисахариды (такие, как целлюлоза и крахмал), содержат гидроксильные группы и альдегидную (альдозы) иликетогруппу (кетозы). Каждый углеродный атом, с которым соединена гидроксильная группа (за исключением первого и последнего), является хиральным, что дает начало многим изомерным формам. Моносахариды представляют собой производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу — альдегидную или кетонную
Олигосахариды представляют собой углеводы, состоящие из нескольких моносахаридных остатков .
Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных — гетерополисахаридами.
Наиболее распространёнными из олигосахаридов являются дисахариды и трисахариды. По химической природе дисахариды — это О-гликозиды (ацетали), в которых вторая молекула моносахарида выполняет роль агликона. В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.
Полисахари́ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.
Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Они принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.
К полисахаридам относятся, в частности:
14.Характеристика важнейших химических свойств моносахаридов (окислительно-восстановительные реакции, образование гликозидов). Понятие о природных гликозидах.
Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам. Характерная особенность моносахаридов — способность существовать в открытой (ациклической) и циклической формах и давать производные каждой из форм. Большинство моноз циклизуются в водном растворе с образованием гемиацеталей или гемикеталей (в зависимости от того, являются ли они альдозами или кетозами) между спиртом и карбонильной группой того же самого сахара.
Гликози́ды — органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного (пиранозидного или фуранозидного) остатка и неуглеводного фрагмента (т. н. агликона). В качестве гликозидов в более общем смысле могут рассматриваться и углеводы, состоящие из двух или более моносахаридных остатков. Преимущественно кристаллические, реже аморфные вещества, хорошо растворимые в воде и спирте.
Дисахариды — органические соединения, одна из основных групп углеводов; являются частным случаем олигосахаридов.
Химические свойства
По химическим свойствам дисахариды можно разделить на две группы:
К первой группе относятся: лактоза, мальтоза, целлобиоза. Ко второй: сахароза, трегалоза
Молекулы дисахаридов состоят из двух остатков моносахаридов, соединённых друг с другом за счёт взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). Общая формула дисахаридов, как правило, C12H22O11.
Аминокисло́ты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные иаминные группы.
Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены нааминные группы.
Классификация
По радикалу
По функциональным группам
Для аминокислоты лизин существут аминоацил-тРНК-синтетазы обоих классов.
По путям биосинтеза
По семействам аминокислоты обычно распределяют следующим образом:
По способности организма синтезировать из предшественников
Незаменимые Для большинства животных и человека незаменимыми аминокислотами являются: валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан, аргинин, гистидин.
По характеру катаболизма у животных
Биодеградация аминокислот может идти разными путями.
По характеру продуктов катаболизма у животных протеиногенные аминокислоты делят на три группы:
Аминокислоты:
17.Построение ди-, трипептидов.
Пептиды — семейство веществ, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями —C(O)NH—
Молекула пептида — это последовательность аминокислот: два и более аминокислотных остатка, соединённых между собой амидной связью, составляют пептид. Количество аминокислот в пептиде может сильно варьировать. И в соответствии с их количеством различают:
Соединения, содержащие более ста аминокислотных остатков, обычно называются белками. Однако это деление условно, некоторые молекулы, например, гормон глюкагон, содержащий лишь двадцать девять аминокислот, называют белковым гормоном. По качественному составу различают:
NH2 -- CH2 -- COOH Это глицин.
Т.к. аминокислоты проявляют одновременно кислотные св-ва (имеют кислотную группу --СООН) и основные (присутствие группы -- NH2), то они могут соединяться, отщепляя воду и образуя пептиды.
NH2 -- CH2 -- CO -- [OH + H] -- NH -- CH2 -- COOH --> NH2 -- CH2 --CO -- NH -- CH2 -- COOH + H2O Это дипептид.
Теперь образуем таким же образом трипептид:
NH2 -- CH2 -- CO -- NH -- CH2 -- CO -- [OH + H] -- NH -- CH2 -- COOH --> NH2 -- CH2 -- CO --NH -- CH2 -- CO -- NH -- CH2 -- COOH + H2O