Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины и выполнению домашней контрольной работы Органическая химия (стр. 5 )

Таким образом, в молекулу бензола нужно ввести алкильный радикал – пропил. Один из способов получения гомологов бензола – синтез Фриделя-Крафтса. Алкильный радикал вводится в кольцо при действии на бензол галоген алкилов в присутствии хлористого алюминия:

+ Cl-CH2CH2CH3

+ HCl

       пропилбензол

2 этап. Бензольное кольцо отличается стойкостью к действию окислителя. Окислению подвергаются обычно боковые цепи, причем цепи любой сложности разрушаются  и «сгорают», а в кольце остается в качестве заместителя лишь один атом углерода, окисленный до карбоксильной группы. Образуется ароматическая кислота.

  бензойная кислота

3 этап. На продукт окисления по условию следует подействовать хлором в присутствии хлорного железа. Это реакция электрофильного замещения. В производных бензола, имеющих заместитель (типа C6H5 – x), атомы углерода в кольце неравноценны, поэтому при введении второго заместителя возможно образование трех изомеров. Место вступления второго электрофильного заместителя определяется природой уже имеющегося (первого или ориентирующего) заместителя. Ориентирующие заместители в бензольном кольце делятся на 2 группы: ориентанты I рода или электронодоноры (алкилы, гидрокси - и аминогруппы, галогены) – вводят заместитель в орто - и пара-положения (2,4,6); - ориентанты II рода или электроноакцепторы (карбоксилы, карбонилы; сульфо-, нитро-, нитрозо-группы) – вводят заместитель в мета положение (3,5). Карбоксильная группа – это ориентант II рода, направляющий следующий заместитель в мета – положение по отношению к себе:

Спирты, фенолы, простые эфиры.

Альдегиды, кетоны.

Обучающая задача

Получите пропанол-2 из соответствующего кетона. На пропанол-2 подействуйте уксусной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты. Напишите схемы реакции и назовите полученные соединения.

Судя по названию (суффикс «ол»), следует получить спирт следующего строения: . Это вторичный спирт, поскольку гидроксильная группа расположена у вторичного атома углерода. Следовательно, кето-группа, должна быть при втором атоме углерода (т. е. там же, где был гидроксил):

пропанон-2

1 этап. Вторичный спирт и кетон связаны друг с другом взаимными окислительно-восстановительными превращениями:

Для получения пропанола-2 проведем каталитическое восстановление пропанона-2:

2 этап. Спирты реагируют с карбоновыми кислотами, при этом выделяется вода и образуется сложный эфир. Это реакция этерификации. Получаемый сложный эфир гидролизуется образующейся водой, поэтому идет обратимый процесс:

Для смещения равновесия вправо связывают образующуюся воду концентрированной серной кислотой.

Карбоновые кислоты и их функциональные производные.

Обучающая задача

Из 1-хлорпропана получите масляную кислоту, используя нитрильный синтез. Напишите схемы реакций этой кислоты и бикарбонатом кальция и пятихлористым фосфором.

При сравнении формул исходного и конечного соединений видно, что число углеродных атомов во втором соединении больше на один атом, чем в первом:

CH3-CH2-CH2-Cl	CH3-CH2-CH2-COOH
1-хлорпропан	масляная (бутановая) кислота

Нарастить углеродную цепь можно, проведя нитрильный синтез. При действии солей синильной кислоты на галогенопроизводные углеводородов образуются нитрилы кислот, таким образом в молекулу вводится добавочный атом углерода:

R – Cl + K – C ≡  N → R – C ≡ N + KCl

Нитрил кислоты, как и любое производное карбоновых кислот, при гидролизе превращается в кислоту.

1 этап. Из 1-хлопропана получаем нитрил кислоты, содержащей уже 4 атома углерода, т. е. бутановой (масляной)

CH3 – CH2 – CH2 – Cl + K – C ≡  N → CH3 – CH2 – CH2 – C ≡ N  + KCl

Гидролиз нитрилов с целью получения карбоновых кислот проводят в присутствии минеральных кислот.

2 этап. При взаимодействии кислот с основаниями, солями, оксидами или активными металлами водород карбоксильной группы кислоты замещается на металл с образованием солей карбоновых кислот:

3 этап. Гидроксильная группа и карбоксиле может быть замещена различными группами атомов; образующиеся при этом соединения называются функциональными производными карбоновых кислот (общая формула ). При действии на кислоту пятихлористого фосфора гидроксил замещается на галоген (атом хлора) с образованием галогенангидрида:

Амины, аминокислоты, белки.

Обучающая задача

Напишите схему образования трипептида из галогенангидридов следующих аминокислот: цистеина, аланина и фенилаланина. Какая цветная реакция доказывает присутствие в этом пептиде ароматического кольца? Напишите схему этой реакции.

Различные аминокислоты, образуя белки, соединяются за счет карбоксильных и аминогрупп при помощи группировки –  – NH –, называемой пептидной связью.

Продукт взаимодействия двух б-аминокислот называется дипептидом, трех – трипептидом, многих – полипептидом. Образование полипептидов из б-амино-кислот лежит в основе синтеза белковых веществ в живых  организмах. Общую формулу полипептида можно представить следующим образом: где R – различные группы атомов.

1 этап. Для синтеза белковых веществ используют галогенангидриды б-аминокислот. По условию в реакцию вводим хлорангидрид указанных аминокислот:

Называют пептиды по имени входящих в их состав б-аминокислот, заменяя окончание – ин на – ил в тривиальных названиях тех аминокислот, карбоксильные группы которых образовали пептидную связь. Таким образом, полученный трипептид называется цистеил-аланил-фенилаланин.

2 этап. Одной из качественных реакций на белки является ксантопротеиновая реакция, доказывающая присутствие в белке ароматических б-аминокислот. При нагревании с азотной кислотой белок окрашивается в желтый цвет. Ксантопротеиновая реакция – это реакция нитрования ароматического кольца. Схему реакции запишем с фрагментом пептидной цепи:

Углеводы.

Обучающая задача

Напишите схему взаимодействия б-D-фруктофуранозы с 1 молем этилового спирта (в присутствии сухого HCl) .

б-D-фруктофураноза – представитель кетогексоз с общей формулой C6H12O6. Из приведенного в условии названия следует, что D-фруктоза находится в пятичленной (фуранозной) циклической форме в виде б-таутомера.

Принадлежность к D-стереохимическому ряду означает, что конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы асимметрического атома углерода совпадает с конфигурацией D-глицеринового альдегида.

1 этап. При растворении в воде моносахариды существуют в пяти таутомерных формах: в оксикарбонильной (раскрытое полукольцо) и четырех циклических полуацетальных формах (два пятичленных цикла – фуранозные формы и два шестичленных – пиранозные формы).

Вначале запишите оксикарбонильную форму D-фруктозы, используя проекционную формулу Фишера:

  D – фруктоза

Образование циклических форм происходит при следующих превращених: атом водорода спиртового гидроксила переходит к карбонильному кислороду (по месту разрыва двойной связи), а кислород этого гидроксила соединяется со вторым атомом углерода. Если в превращении участвует гидроксил при пятом атоме углерода, образуется пятичленный цикл (фуранозный), а если участвует гидроксил при шестом атоме углерода – образуется шестичленный цикл (пиранозный). Второй углеродный атом, который в карбонильной форме был карбонильным углеродом, называется полуацетальным углеродным атомом, а  соединенная с ним гидроксильная группа – полуацетальным или гликозидным гидроксилом. Этот углеродный атом в цикле становится новым асимметрическим атомом, поэтому каждая полуацетальная форма, как пиранозная, так и фуранозная, может существовать в виде двух стереоизомеров с противоположным пространственным расположением водорода и гидроксила при полуацетальном углероде; причем формы, в которых гидроксил обращен вправо, называются б-формами, а те, у которых он обращен влево – в-формами:

Формулы Фишера лишь условно отражают строение моносахарида, более правильным является способ изображения по Хеуорсу. При этом циклические формы располагают как бы перпендикулярно плоскости листа бумаги, т. е. перспективно; атомы водорода и гидроксильные группы изображаются  вверх и вниз от плоскости кольца.

Тогда таутомерное равновесие, существующее в растворе D-фруктозы, пользуясь формулами Хеуорса, можно изобразить следующей схемой:

2 этап. Следует различать, какая из существующих в растворе таутомерных форм может вступать в ту или иную реакцию. Если реакция идет по карбонильной группе, то реагирует, естественно, раскрытая оксикарбонильная форма (содержащая карбонильную группу)

В реакциях образования гликозидов участвуют гидроксильные группы и, прежде всего, наиболее активный полуацетальный гидроксил, поэтому схемы таких реакций следует писать с одной из полуацетальных форм.

По условию в реакцию нужно ввести б-D-фруктофуранозу. Реакция моносахаридов со спиртами идет по полуацетальному гидроксилу с образованием гликозида – производного, в котором водород в гидроксиле замещается радикалом. Реакция протекает при нагревании в присутствии сухого HCl. Остальные гидроксильные группы в этих условиях со спиртами не взаимодействуют.

Варианты заданий

для контрольной работы

Вариант 1

А) Получите 2,3-диметилбутан реакцией Вюрца (действием металлического натрия на галогенопроизводные соответствующих углеводородов).

Б) Напишите четыре изомера для алкана состава С6Н14, назовите все углеводороды по международной номенклатуре.

Напишите схемы реакций получения уксусного альдегида из ацетилена и приведите следующие реакции для этого альдегида: а) окисления; б) восстановления; в) с гидросульфитом натрия. Назовите полученные соединения. Исходя из пропина, получите 2,2- хлорпропан, а также напишите реакцию гидратации пропина (реакция Кучерова). Назовите полученные вещества по международной номенклатуре. Напишите схемы получения бензола из следующих исходных веществ: а) ацетилена; б) циклогексана. Объясните, в чем заключается ароматический характер бензола. Приведите примеры реакций замещения и присоединения для бензола. Назови­е полученные вещества. Пользуясь правилами замещения в бензольном ядре, напишите схемы реакций получения: а) бромбензола; б) бензолсульфокислоты; в) пропилбензола; г) нитробензола. Назовите по­лученные соединения. Напишите структурные формулы спиртов: а) пропанола-1, б) бутанола-2; в) 3-метилпентанола-3. Укажите, какие из них яв­ляются первичными, вторичными и третичными. Напишите возможные изомеры для С3Н7ОН и С4Н9ОН и схемы реакций окисления каждого спирта. Назовите продукты реакции. Подействуйте на 2-метилбутан HNO3 (разб) реакция Коновалова). Назовите по международной номенклатуре полученное  соединение. Напишите возможные изомеры для пентана (С5Н 12). Напишите уравнения реакций получения уксусной кислоты (С2Н5ОН): а) окислением алканов; Б) окислением ацетальдегида; В) окислением этанола; Г) карбонилированием метанола. Напишите схемы реакций взаимодействия уксусной кислоты с: а) этанолом в присутствии концентрированной серной кислоты; б) пятихлористым фосфором; в) с основными оксидами (MgO). Назовите полученные соединения. Получите один трипептид из аланина и двух молекул глицина. Напишите схему реакции и назовите полученный пептид. Определите его заряд. Напишите формулы пяти кислот, которые обычно входят в состав жиров и масел. Напишите схему реакции олеиновой кислоты: 1- с бромной водой; 2- с раствором перманганата калия. Напишите схему реакции D - глюкозы  с НСN с последующим гидролизом. Назовите продукт реакции. Напишите формулу гидратной формулы глюкозы.