DEFINÍCIA
organickej hmoty, ktorých molekuly obsahujú jednu alebo viac karboxylových skupín spojených s uhľovodíkovým zvyškom, sa nazývajú karboxylové kyseliny.
Prví traja členovia homologickej série karboxylové kyseliny, vrátane kyseliny propiónovej, sú kvapaliny, ktoré majú štipľavý zápach a sú vysoko rozpustné vo vode. Nasledujúce homológy, počnúc kyselinou maslovou, sú tiež kvapaliny, ktoré majú ostrý nepríjemný zápach, ale sú zle rozpustné vo vode. Vyššie kyseliny s 10 alebo viac atómami uhlíka sú pevné látky, bez zápachu, nerozpustný vo vode. Vo všeobecnosti v sérii homológov s pribúdajúcimi molekulovej hmotnosti rozpustnosť vo vode klesá, hustota klesá a teplota varu stúpa (tabuľka 1).
Tabuľka 1. Homológny rad karboxylových kyselín.
Získanie karboxylových kyselín
Karboxylové kyseliny sa získavajú oxidáciou nasýtených uhľovodíkov, alkoholov, aldehydov. Napríklad kyselina octová - oxidáciou etanolu roztokom manganistanu draselného v kyslé prostredie pri zahrievaní:
Chemické vlastnosti karboxylových kyselín
Chemické vlastnosti karboxylové kyseliny sú primárne spôsobené zvláštnosťami ich štruktúry. Vo vode rozpustné kyseliny sú teda schopné disociovať na ióny:
R-COOH↔R-COO - + H+.
Vďaka prítomnosti iónu H + vo vode majú kyslú chuť, sú schopné meniť farbu indikátorov a viesť elektriny. Vo vodnom roztoku sú tieto kyseliny slabými elektrolytmi.
Karboxylové kyseliny majú chemické vlastnosti charakteristické pre roztoky nie organické kyseliny, t.j. interagujú s kovmi (1), ich oxidmi (2), hydroxidmi (3) a slabými soľami (4):
2CH3-COOh + Zn -> (CH3COO)2Zn + H2 (1);
2CH3-COOH + CuO→ (CH3COO)2Cu + H20 (2);
R-COOH + KOH -> R-COOK + H20 (3);
2CH3-COOH + NaHC03 → CH3COONa + H20 + CO2 (4).
Špecifická vlastnosť obmedzujúcich, ako aj nenasýtených karboxylových kyselín, prejavujúca sa v dôsledku funkčná skupina, - interakcia s alkoholmi.
Karboxylové kyseliny reagujú s alkoholmi pri zahrievaní a v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej. Napríklad, ak pridáte do kyseliny octovej etanol a trocha kyseliny sírovej, potom pri zahriatí sa objaví zápach etyléteru octová kyselina(etylacetát):
CH3-COOH + C2H5OH ↔CH3-C (O) -O-C2H5 + H20.
Špecifická vlastnosť nasýtených karboxylových kyselín, prejavujúca sa v dôsledku radikálu, je halogenačná (chloračná) reakcia.
Aplikácia karboxylových kyselín
Karboxylové kyseliny slúžia ako surovina na výrobu ketónov, halogenidov kyselín, vinylesterov a iných dôležitých tried organických zlúčenín.
Kyselina mravčia je široko používaná na získanie esterov používaných v parfumérii, kožiarstve (garbiarstvo), textilnom priemysle (ako moridlo pri farbení), ako rozpúšťadlo a konzervačný prostriedok.
Vodný roztok (70-80%) kyseliny octovej sa nazýva octová esencia a 3-9% vodný roztok sa nazýva stolový ocot. Esencia sa často používa na výrobu octu doma riedením.
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | S akou pomocou chemické reakcie je možné vykonať nasledujúce transformácie: a) CH 4 → CH 3 Cl → CH 3 OH → HCHO → HCOOH → HCOOK. Napíšte reakčné rovnice, uveďte podmienky ich výskytu. |
| Odpoveď | a) Chlorácia metánu za prítomnosti svetla vedie k produkcii chlórmetánu: CH4 + Cl2 -> CH3CI + HCl. Halogénderiváty alkánov podliehajú hydrolýze vo vodnom alebo alkalickom prostredí za vzniku alkoholov: CH3CI + NaOH ->CH3OH + NaCl. V dôsledku oxidácie primárne alkoholy napríklad s dvojchrómanom draselným v kyslom prostredí za prítomnosti katalyzátora (Cu, CuO, Pt, Ag) vznikajú aldehydy: CH3OH+ [O] →HCHO. Aldehydy sa ľahko oxidujú na zodpovedajúce karboxylové kyseliny, napríklad pomocou manganistanu draselného: HCHO + [0] -> HCOOH. Karboxylové kyseliny vykazujú všetky vlastnosti vlastné slabým minerálnym kyselinám, t.j. schopný interagovať s aktívne kovy s tvorbou solí: 2HCOOH+ 2K→2HCOOK + H2. |
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Napíšte reakčné rovnice medzi nasledujúcimi látkami: a) kyselina 2-metylpropánová a chlór; b) kyselina octová a propanol-2; c) kyselina akrylová a brómová voda; d) kyselina 2-metylbutánová a chlorid fosforečný. Uveďte reakčné podmienky. |
| Odpoveď | a) v dôsledku interakčnej reakcie medzi kyselinou 2-metylpropánovou a chlórom dôjde k nahradeniu atómu vodíka v uhľovodíkovom zvyšku umiestnenom v polohe a; Vznikne kyselina 2-metyl-2-chlórpropánová H3C-C (CH3) H-COOH + Cl2 -> H3C-C (CH3) Cl-COOH + HCl (kat \u003d P). b) v dôsledku interakčnej reakcie medzi kyselinou octovou a propanolom-2 vzniká ester - izopropylester kyseliny octovej. CH3-COOH + CH3-C (OH) H-CH3 -> CH3-C (0) -0-C (CH3) -CH3. c) v dôsledku interakčnej reakcie medzi kyselinou akrylovou a brómovou vodou pridanie halogénu na miesto dvojitej väzby v súlade s Markovnikovovým pravidlom; Vznikne kyselina 2,3-dibrómpropánová CH2 \u003d CH-COOH + Br2 → CH2Br-CHBr-COOH d) v dôsledku interakčnej reakcie medzi kyselinou 2-metylbutánovou a chloridom fosforečným (V) vzniká zodpovedajúci chlorid kyseliny CH3-CH2-C (CH3) H-COOH + PCl5 ->CH3-CH2-C (CH3) H-COOCl + POCI3 + HCl. |
13.1.1. Oxidácia uhľovodíkov. Existujú dva spôsoby: oxidácia nižších alkánov C 4 - C 8 hlavne na kyselinu octovú a oxidácia tuhého parafínu za vzniku syntetických mastných kyselín (FFA) s priamym reťazcom uhlíkových atómov C 10 - C 20, ktoré sú suroviny na syntézu povrchovo aktívnych látok (tenzidov) .
Proces prebieha v kvapalnej fáze pri zahrievaní alebo v prítomnosti katalyzátorov. Pri oxidácii alkánov dochádza k deštrukcii pozdĺž väzieb medzi sekundárnymi atómami uhlíka, preto kyselina octová vzniká hlavne z n-butánu a ako vedľajšie produkty vznikajú metyletylketón a etylacetát.
13.1.2 Syntézy na báze oxidu uhoľnatého (II). Karboxylové kyseliny sa získavajú z oxidu uhoľnatého karbonylačnou reakciou:
Adícia dvojitej väzby pri kyslej katalýze prebieha vždy podľa Markovnikovovho pravidla, v dôsledku čoho sa kyselina s priamym reťazcom získa len z etylénu a kyseliny substituované α-metylom z jeho homológov. Tento spôsob je obzvlášť zaujímavý pre syntézu kyselín s terciárnym radikálom (nekyseliny) z rozvetvených olefínov. (Kochova reakcia):
Reakčný mechanizmus spočíva v predbežnej protonizácii alkénu kyselinou za vzniku karbeniového iónu, jeho interakciou s CO sa získa acylium - katión a ich reakcie s vodou za vzniku karboxylovej kyseliny:
Neokyseliny a ich soli majú veľmi vysokú rozpustnosť a viskozitu a ich estery sú odolné voči hydrolýze, čo im poskytuje široké uplatnenie v mnohých priemyselných odvetviach.
Karbonylácia alkoholov je katalyzovaná komplexmi kovov (Ni, Co, Fe, Pd). Proces bol zavedený v priemysle na syntézu kyseliny octovej z metanolu a vyznačuje sa vysokou ekonomickou výkonnosťou.
Kyseliny sa získavajú aj oxidáciou aldehydov (produkt oxosyntézy).
Laboratórne metódy získavania karboxylových kyselín
Oxidácia alkánov.
Oxidácia alkénu.
13.2.3. Oxidácia primárnych alkoholov.
13.2.4. Oxidácia aldehydov a ketónov. Aldehydy sa oxidujú oveľa ľahšie ako ketóny. Okrem toho oxidácia aldehydov vedie k tvorbe kyselín s rovnakým počtom atómov uhlíka, zatiaľ čo oxidácia ketónov prebieha s prerušením väzieb uhlík-uhlík (vznikajú dve kyseliny alebo kyselina a ketón):
Oxidačné činidlá sú manganistan draselný alebo dichróman draselný. Oxidácia ketónov vyžaduje prísnejšie podmienky ako oxidácia aldehydov.
13.2.5. Hydrolýza nitrilov. Nitrily sa získavajú interakciou halogénalkánov s kyanidom draselným, hydrolýza sa uskutočňuje vodnými roztokmi kyselín alebo zásad. V kyslom prostredí sa dusík uvoľňuje vo forme amónnej soli:
v alkalickom - vo forme hydroxidu amónneho, ktorý sa rozkladá s uvoľňovaním amoniaku, sa kyselina získava vo forme soli:
13.2.6. Grignardova syntéza. Pri interakcii organohorečnatých zlúčenín s oxidom uhličitým vznikajú soli karboxylových kyselín:
Pod vplyvom silná kyselina(zvyčajne HCl) soľ sa premení na kyselinu:
Hydrolýza tukov
Tuky sú estery karboxylových kyselín a glycerolu (triglyceridy). Karboxylové kyseliny, ktoré tvoria tuky, majú uhlíkový reťazec od 3 do 18 atómov uhlíka.
Varenie tukov alebo olejov s vodnými roztokmi zásad (NaOH, KOH) vedie k tvorbe solí karboxylových kyselín a glycerolu.
Táto operácia sa nazýva saponifikácia, pretože na výrobu mydla sa používajú soli karboxylových kyselín.
Hydrolýza derivátov karboxylových kyselín.
Nižšie kyseliny do 3 atómov uhlíka sú prchavé, bezfarebné kvapaliny s charakteristickým štipľavým zápachom, miešateľné s vodou v akomkoľvek pomere. Väčšina kyselín C 4 - C 9 sú olejové kvapaliny s nepríjemným zápachom. So zvyšujúcou sa rozpustnosťou vo vode výrazne klesá molárna hmota. Kyseliny z C10 a vyššie sú pevné látky, ktoré sú nerozpustné vo vode. Hustoty kyseliny mravčej a octovej sú väčšie ako jedna, ostatné sú menšie ako jedna. Teplota varu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa molárnou hmotnosťou, pri rovnakom počte atómov uhlíka vrie kyseliny normálnej štruktúry vyššie ako kyseliny s rozvetveným uhlíkovým skeletom. Porovnanie teplôt varu kyselín a alkoholov s rovnakým počtom atómov uhlíka ukázalo, že kyseliny vrú pri oveľa vyšších teplotách ako alkoholy. To naznačuje vyššiu asociáciu molekúl kyseliny v porovnaní s alkoholmi v dôsledku tvorby vodíkových väzieb.
Karboxylové kyseliny, podobne ako alkoholy, sú schopné vytvárať vodíkové väzby. Ak je akceptorom dostatočne silná báza, úplnému prenosu protónu na bázu predchádza vytvorenie vodíkovej väzby. Podľa Bronsteda sa zlúčenina, ktorá je donorom vodíka, považuje za „kyselinu“. To, či daná zlúčenina bude „donorom vodíka“ („kyselina“), závisí od povahy „akceptora vodíka“ („zásady“). Čím silnejšia je zásada, tým je pravdepodobnejšie, že sa zlúčenina voči nej bude správať ako kyselina:
Medzimolekulové vodíkové väzby, ktoré vznikajú medzi molekulami karboxylových kyselín, sú také silné, že aj v plynnom stave existuje významná časť molekúl vo forme dimérov:
S rastom uhľovodíkového reťazca sa znižuje schopnosť kyselín vytvárať vodíkové väzby.
Ako už bolo uvedené v kap. 8, silné oxidačné činidlá, ako je manganistan draselný, premieňajú primárne alkoholy na karboxylové kyseliny. Aldehydy oxidujú ešte ľahšie ako alkoholy:
Napríklad:
Oxidácia postranného reťazca aromatických zlúčenín
Aromatické zlúčeniny, ktoré majú atóm vodíka v bočnom reťazci v polohe -k benzénovému kruhu, sa za drsných podmienok oxidujú na karboxylové kyseliny. V tomto prípade sa bočný reťazec, bez ohľadu na počet atómov uhlíka, zmení na karboxylovú skupinu COOH (viac o tom bolo diskutované v kapitole 9):
Napríklad:
Syntézy zahŕňajúce malónový éter
Reakcie zahŕňajúce ester malónovej kyseliny sú široko používané pri syntéze karboxylových kyselín a pri konštrukcii nového uhlíkového skeletu. Reakčná sekvencia pozostáva z alkylácie dietylesteru kyseliny malónovej (často jednoducho označovanej ako malónová) a následnej dekarboxylácie. Prvým krokom syntézy je:
Báza sa používa na odoberanie protónu z polohy - dietylmalonátu. Takto vzniká nukleofil schopný reagovať s halogénalkánom. V dôsledku substitučnej reakcie je radikál R pripojený k atómu uhlíka, ktorý nesie záporný náboj. V prípade potreby možno tento postup zopakovať zavedením druhého substituenta do malónového éteru
Po zavedení jedného alebo dvoch substituentov do esteru kyseliny malónovej môže byť výsledná látka podrobená rôznym transformáciám. Spôsob získania monokarboxylových kyselín, ktoré nás zaujímajú, je uvedený nižšie:
Alkylovaný ester malónovej kyseliny sa hydrolyzuje na zodpovedajúcu dikarboxylovú kyselinu. (Viac o hydrolýze esterov nižšie.) Pri zahrievaní dikarboxylová kyselina ľahko stráca molekulu oxidu uhličitého a mení sa na monokarboxylovú kyselinu. Proces odstránenia karboxylovej skupiny sa nazýva dekarboxylácia.
Príkladom takejto syntézy karboxylových kyselín je syntéza kyseliny valproovej, účinného antikonvulzíva:
Karboxylácia Grignardových činidiel
Karboxylové kyseliny je možné získať z Grignardových činidiel a oxidu uhličitého (pozri kap. 3):
Pri tejto reakcii vzniká kyselina, v ktorej molekule je o jeden atóm uhlíka viac ako v pôvodnom halogénalkáne a Grignardovom činidle.
Karboxylové kyseliny sa získavajú oxidáciou primárnych alkoholov alebo aldehydov, intenzívnou oxidáciou alkylbenzénov alebo karboxyláciou Grignardových činidiel. Syntézy esterov kyseliny malónovej sa používajú na výrobu karboxylových kyselín s dlhším uhlíkovým skeletom ako ktorákoľvek z pôvodných zlúčenín.
1. Všeobecné metódy potvrdenie:
Oxidácia primárnych alkoholov a aldehydov pôsobením rôznych oxidačných činidiel:
Oxidácia vzdušným alkánovým kyslíkom (v prítomnosti Mn 2+ alebo pri zahrievaní pod tlakom). Zvyčajne sa vytvorí zmes kyselín. Keď je bután oxidovaný, kyselina octová je jediným produktom:
Zmydelnenie esterov (t.j. ich alkalická hydrolýza):
Hydrolýza halogenidov kyselín:
Estery
Estery- sú to deriváty karboxylových kyselín, v ktorých je atóm vodíka karboxylovej skupiny nahradený alkylovým zvyškom; alebo ide o produkty substitúcie hydroxylového vodíkového atómu v alkoholoch za kyslý radikál (acyl).
Nomenklatúra. Názvy esterov sa tvoria z názvov zodpovedajúcich kyselín alebo zvyškov kyselín a názvov alkylových radikálov, ktoré tvoria alkoholy:
metylester kyseliny mravčej amylester kyseliny octovej
(metyléter mravčia, (octový amyléter, amylacetát)
metylformiát)
izomerizmus: 1) uhlíková kostra; 2) medzitriedne (izomérne ku karboxylovým kyselinám); 3) optické.
fyzikálne vlastnosti. Najjednoduchšie estery karboxylových kyselín sú bezfarebné, nízkovriace kvapaliny s ovocným zápachom; vyššie estery sú voskovité látky (včelí vosk), všetky estery sú zle rozpustné vo vode.
Chemické vlastnosti.
Hydrolýza je najdôležitejšou chemickou vlastnosťou esterov:
etylpropionát
Ak chcete posunúť reakciu v smere tvorby éteru, môžete výslednú vodu „naviazať“ s odvodňovacími činidlami (napríklad konc. H 2 SO 4). V prípade, že je potrebné uskutočniť hydrolýzu esteru, reakcia sa niekedy uskutočňuje v prítomnosti alkálie, čo umožňuje "naviazať" výslednú kyselinu.
Tuky je zmesou esterov trojsýtneho alkoholu glycerolu a vyšších karboxylových kyselín (HCA).
Všeobecný vzorec pre tuk:
kde R, R2, R3 sú uhľovodíkové radikály (môžu byť rovnaké alebo rôzne) obsahujúce od 3 do 25 atómov uhlíka.
Prvýkrát syntézu tukov uskutočnil francúzsky chemik M. Berthelot v roku 1854 (Berthelotova reakcia).
Nomenklatúra. Podľa systematickej nomenklatúry sa tuky nazývajú pridaním koncovky - atrament k názvu kyseliny a predponu, ktorá ukazuje, koľko hydroxylových skupín v molekule glycerolu je esterifikovaných.
fyzikálne vlastnosti. Pri izbovej teplote sú tuky (triglyceridy) viskózne kvapaliny alebo tuhé látky, ľahšie ako voda; nerozpúšťajú sa vo vode, ale rozpúšťajú sa v organických rozpúšťadlách (benzín, benzén a pod.).
Chemické vlastnosti.
I. Hydrolýza. V závislosti od podmienok dochádza k hydrolýze:
1. Voda (bez katalyzátora, pri vysokom to a P);
Tabuľka 5 - Klasifikácia tukov
2. kyslé (v prítomnosti kyseliny ako katalyzátora);
3. Enzymatické (vyskytuje sa v živých organizmoch);
4. Zásadité (pôsobením zásad).
II. adičná reakcia (pre tekuté nenasýtené tuky).
1. Pridávanie vodíka (hydrogenácia, hydrogenácia):
trioleín (tekutý tuk) tristearín (tuhý tuk)
2. Prídavok halogénov. Rastlinné oleje odfarbujú brómová voda:
9,10-hexabrómristearín
Oxidačné a polymerizačné reakcie(pre tekuté nenasýtené tuky). Tuky obsahujúce zvyšky nenasýtených kyselín (sušiace oleje) sa oxidujú a polymerizujú pôsobením vzdušného kyslíka.
Priberať.
Hlavnou metódou syntézy tukov je esterifikácia glycerolu vyššími karboxylovými kyselinami.
Amines.
Amines– Organické zlúčeniny, ktoré možno považovať za deriváty amoniaku (NH 3), v molekule ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených uhľovodíkovými radikálmi.
Homológna séria limitujúcich amínov: CH 3 NH 2 - metylamín (primárny amín), (CH 3) 2 NH - dimetylamín (sekundárny amín), (CH 3) 3 N - trimetylamín (terciárny amín) atď.
izomerizmus: 1) uhlíková kostra; 2) polohy aminoskupiny (NH2); 3) optické.
fyzikálne vlastnosti. Najjednoduchšie alifatické amíny sú za normálnych podmienok plyny alebo kvapaliny s nízkym bodom varu, s prenikavým zápachom charakteristickým pre amoniak. Dobre sa rozpúšťajú vo vode. Amíny sú polárne zlúčeniny, vyznačujú sa tvorbou vodíkových väzieb, preto amíny vrie pri vyšších teplotách ako zodpovedajúce alkány.
Chemické vlastnosti.
Ako deriváty amoniaku sa amíny vyznačujú chemickými vlastnosťami amoniaku.
1. Interakcia s vodou - vznik substituovaných hydroxidov amónnych:
2. Interakcia s kyselinami - tvorba solí
CH3NH2 + HC1 \u003d C1 
+ + Сl -
metylamóniumchlorid
3. Spaľovanie amínov.
4. Primárne a sekundárne amíny reagujú s kyselina dusitá(primárne amíny sa premieňajú na alkoholy, sekundárne - na N-nitrozamíny):
RNH2 + HN02 → ROH + N2 + H20,
R2NH + HNO2 → R2N–NO + H20.
Získavanie amínov.
1. Interakcia alkoholov s amoniakom pri zahrievaní v prítomnosti Al 2 O 3 ako katalyzátora:
R-OH + NH3 -> R - NH2 + H20.
2. Interakcia alkylhalogenidov (halogénalkánov) s amoniakom, napríklad:
CH3Br + 2NH3 -> CH3NH2 + NH4Br
S nadbytkom alkylhalogenidu a amoniaku:
CH3NH2 + CH3Br + NH3 → (CH3)2NH + NH4Br
dimetylamín
Aminokyseliny
Aminokyseliny možno považovať za deriváty uhľovodíkov obsahujúce aminoskupiny (–NH 2) a karboxylové skupiny (–COOH).
Všeobecný vzorec: (NH 2) mR (COOH) n,
Nomenklatúra.
kyselina 2-aminobutánová
(α-aminobutánová)
Súčasťou proteínov sú zvyšky asi 20 rôznych α-aminokyselín.
Chemické vlastnosti. Aminokyseliny sú polyfunkčné zlúčeniny. Vstupujú do reakcií charakteristických pre amíny a karboxylové kyseliny (pozri chemické vlastnosti karboxylových kyselín a amínov).
ja . amfotérne vlastnosti.
1. Vlastnosti kyselín (zahrnutá je karboxylová skupina):
glycín glycinát sodný (soľ)
2. Hlavné vlastnosti (zahŕňa aminoskupinu):
glycín hydrochlorid (soľ)
II. Tvorba vnútorných solí.
Monoaminomonokarboxylové kyseliny (neutrálne kyseliny):
vnútorná soľ
(bipolárny ión alebo zwitterión)
Vodné roztoky monoaminomonokarboxylových kyselín sú neutrálne (pH = 7). Vodné roztoky monoaminodikarboxylových kyselín majú pH< 7, так как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется избыток ионов водорода Н + . Водные растворы диаминомонокарбоновых кислот имеют рН >7 (alkalické médium), pretože v dôsledku tvorby vnútorných solí týchto kyselín sa v roztoku objavuje prebytok hydroxidových iónov OH -.
III. Vzájomnou interakciou aminokyselín dochádza k tvorbe peptidov.
Dve aminokyseliny tvoria dipeptid, tri - tripeptid, n - polypeptid:
peptidová väzba (amidová väzba)
glycín alanín glycylalanín
Pri pomenovaní dipeptidu uveďte najprv aminokyselinu, v ktorej sa skupina -COOH podieľa na tvorbe dipeptidu. V triviálnom názve tejto kyseliny sa posledné písmeno „n“ nahrádza písmenom „l“. Potom sa bez zmien pridáva triviálny názov aminokyseliny, v ktorej sa skupina –NH 2 podieľa na tvorbe dipeptidu.
Všeobecný vzorec peptidov:
Spôsoby použitia aminokyselín:
1) aminokyseliny sú v prírode široko rozšírené;
2) molekuly aminokyselín sú stavebnými kameňmi, z ktorých sú postavené všetky rastlinné a živočíšne bielkoviny; aminokyseliny potrebné na stavbu telesných bielkovín, ľudia a zvieratá prijímajú ako súčasť bielkovín potravy;
3) aminokyseliny sú predpísané pri silnom vyčerpaní po ťažkých operáciách;
4) používajú sa na kŕmenie pacientov, obchádzajúce gastrointestinálny trakt;
5) aminokyseliny sú potrebné ako liek na niektoré choroby (napr. kyselina glutámová sa používa na nervové choroby, histidín na žalúdočné vredy);
6) niektoré aminokyseliny sa používajú v poľnohospodárstvo na kŕmenie zvierat, čo pozitívne ovplyvňuje ich rast;
7) majú technický význam: kyseliny aminokaprónová a aminoenantová tvoria syntetické vlákna - nylon a enanth.
22. Heterocyklické zlúčeniny Organické zlúčeniny obsahujúce dusík ....
Heterocyklické zlúčeniny sú organické zlúčeniny obsahujúce vo svojich molekulách kruhy (cykly), na tvorbe ktorých sa okrem atómu uhlíka podieľajú aj atómy iných prvkov. Atómy iných prvkov, ktoré tvoria heterocyklus, sa nazývajú heteroatómy. Najbežnejšími heterocyklami sú heteroatómy dusíka, kyslíka a síry, hoci môžu existovať heterocyklické zlúčeniny so širokou škálou prvkov, ktoré majú valenciu aspoň dvoch. Heterocyklické zlúčeniny môžu mať 3, 4, 5, 6 alebo viac atómov v cyklu. Avšak najvyššia hodnota majú päť- a šesťčlenné heterocykly. Tieto cykly, ako v sérii karbocyklických zlúčenín, sa tvoria najľahšie a vyznačujú sa najväčšou silou. Heterocyklus môže obsahovať jeden, dva alebo viac heteroatómov.
V mnohých heterocyklických zlúčeninách elektronická štruktúra väzby v kruhu sú rovnaké ako v aromatických zlúčeninách. Preto sa typické heterocyklické zlúčeniny bežne označujú nielen vzorcami obsahujúcimi striedajúce sa dvojité a jednoduché väzby, ale aj vzorcami, v ktorých je konjugácia p-elektrónov označená krúžkom vpísaným do vzorca.
Vlastnosti heterocyklických zlúčenín obsahujúcich dusík:
1) medzi zlúčeninami obsahujúcimi dusík je obzvlášť veľa látok cyklickej štruktúry;
2) najzaujímavejšie sú tie, kde sú atómy dusíka súčasťou cyklov spolu s atómami uhlíka, ako sú atómy kyslíka v cyklických molekulách glukózy, ribózy, deoxyribózy;
3) zlúčeniny obsahujúce cykly, ktoré spolu s atómami uhlíka zahŕňajú atómy iných prvkov, sa nazývajú heterocyklické (grécky "heteros" - iný);
4) možnosť existencie rôznych heterocyklov je ďalším dôvodom nevyčerpateľnej rozmanitosti organických látok.
Pyridín ako typ heterocyklickej zlúčeniny obsahujúcej dusík. Jeho vlastnosti:
1) je to šesťčlenná heterocyklická zlúčenina s jedným dusíkovým heteroatómom v cykle:
2) je to bezfarebná kvapalina s nepríjemným zápachom, vysoko rozpustná vo vode;
3) pyridín a jeho homológy sú obsiahnuté v uhoľnom dechte, ktorý je zdrojom ich výroby;
4) na základe štruktúrneho vzorca je možné urobiť dvojitý úsudok o vlastnostiach pyridínu;
5) prítomnosť dvojitých väzieb v molekule naznačuje jej vysokú reaktivitu a podobnosť štruktúry s benzénom naznačuje, že látka má vysokú chemickú kapacitu;
6) pyridín má tiež veľa spoločného s benzénom v štruktúre a vlastnostiach.
V molekule benzénu každý atóm uhlíka, ktorý je v stave hybridizácie sp2, spotrebuje tri elektróny na vytvorenie δ-väzieb a jeden elektrón na vytvorenie π-oblaku spoločného pre molekulu (s bočným prekrytím oblakov šesť p-elektrónov). V molekule pyridínu je jedna skupina CH nahradená atómom dusíka a „dodáva“ dva elektróny na vytvorenie δ-väzieb s dvoma susednými atómami uhlíka a jedným elektrónom do systému π-oblaku, zatiaľ čo ako v molekule benzénu, vzniká stabilný sextet elektrónov . Atóm dusíka má ešte pár voľných elektrónov;
7) pyridín, podobne ako benzén, je odolný voči oxidačným činidlám: ani pri zahrievaní neodfarbuje roztok manganistanu draselného;
8) pyridín sa nitruje, reakcia prebieha za tvrdších podmienok ako pri benzéne, vzniká nitropyridín.
Heterocyklická zlúčenina pyridín je aromatická dusíkatá zásada.
Spôsoby použitia pyridínu: 1) aromatické a základné vlastnosti pyridínu sa využívajú pri syntéze rôznych druhov liečiv, farbív, herbicídov; 2) pyridín sa tiež používa ako rozpúšťadlo na denaturáciu etanolu.
Lekcia vám pomôže získať predstavu o téme „Chemické vlastnosti limitujúcich jednosýtnych karboxylových kyselín“ ( školský program z chémie 10. ročník). Počas lekcie sa dozviete o chemických vlastnostiach nasýtených karboxylových kyselín, ktoré sú spôsobené prítomnosťou karboxylovej skupiny v ich molekule.
téma:karbonylové zlúčeniny. karboxylové kyseliny
lekcia:Chemické vlastnosti nasýtených jednosýtnych karboxylových kyselín
Z názvu týchto zlúčenín možno predpokladať, že sa vyznačujú tým kyslé vlastnosti.
Vlastnosti kyselín
Vlastnosti kyselín- schopnosť odštiepiť vodíkový ión.
⇆+H+
Aké sú vlastnosti kyselín karboxylové kyseliny?
1. Prítomnosť voľného vodíkového iónu v kyslých roztokoch spôsobuje ich kyslú chuť a interakciu s indikátormi.
2. Kyseliny interagujú s aktívnymi kovmi a uvoľňujú vodík:
2CH3COOH + Mg → (CH3COO)2 Mg + H2.
magnézium etanát
(octan horečnatý)
3. Reakcie so zásadami:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H20.
4. Reakcie so zásaditými oxidmi:
2CH3COOH + ZnO → (CH3COO)2Zn + H20.
5. Reakcie s viacerými soľami slabé kyseliny:
Elektrolyt- látka, ktorá sa v roztoku alebo tavenine disociuje na ióny.
Silný elektrolyt- elektrolyt, ktorý sa úplne disociuje na ióny.
Slabý elektrolyt- elektrolyt čiastočne disociujúci na ióny.
Karboxylové kyseliny → slabé elektrolyty:
CH3COOH CH3COO - + H+
Čo určuje silu karboxylovej kyseliny?
1. Z budovy
Čím väčší je kladný náboj na atóme vodíka v molekule kyseliny, tým silnejší bude elektrolyt. Prítomnosť uhľovodíkových radikálov s darcami elektrónov v blízkosti karboxylovej skupiny znižuje schopnosť kyseliny disociovať.
2. Z prítomnosti iných skupín v molekule
Zavedenie substituentov priťahujúcich elektróny zvyšuje kladný náboj na atóme vodíka a silu kyseliny.
Nukleofilná substitúcia (esterifikačná reakcia)
Karboxylové kyseliny reagujú s alkoholmi v prítomnosti katalyzátora - kyseliny sírovej, pričom vznikajú estery.
Dekarboxylácia- odstránenie karboxylovej skupiny.
1. Soli karboxylových kyselín pri zahrievaní s pevnými zásadami dávajú alkán s počtom atómov uhlíka o jeden menší a karboxylová skupina sa odstraňuje vo forme uhličitanu:
RCOONa tv + NaOH tv RH + Na 2 CO 3 .
2. Pevné soli karboxylových kyselín s kovy alkalických zemín pri zahriatí dávajú ketón a uhličitan:
(CH3COO)2CaCH3-CO-CH3 + CaC03.
3. Pri kalcinácii sa kyselina benzoová rozkladá na benzén a oxid uhličitý:
Ph-COOH PhH + C02.
4. Pri elektrolýze vodných roztokov solí karboxylových kyselín sa na anóde uvoľňuje oxid uhličitý a uhľovodíkové radikály sa spájajú na alkán (Kolbeho reakcia):
2RCOONa + H20 → R-R + 2CO2 + 2NaOH.
Pri elektrolýze bez membrány (s nerozdelenou katódou a anódovým priestorom) interaguje hydroxid sodný s oxid uhličitý a jeden z produktov je bikarbonát:
2RCOONa + H20 →R-R + 2NaHC03.
Zhrnutie lekcie
Pomocou tejto lekcie ste mohli samostatne študovať tému „Chemické vlastnosti limitujúcich jednosýtnych karboxylových kyselín“ (školský program chémie 10). Počas hodiny ste sa naučili chemické vlastnosti nasýtených karboxylových (organických) kyselín, ktoré sú spôsobené prítomnosťou karboxylovej skupiny v ich molekule.
Bibliografia
1. Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecná chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.
2. Chémia. 10. ročník Úroveň profilu: štúdie. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2008. - 463 s.
3. Chémia. 11. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2010. - 462 s.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbierka úloh z chémie pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. - 4. vyd. - M.: RIA "Nová vlna": Vydavateľstvo Umerenkov, 2012. - 278 s.
Domáca úloha
1. Č. 2, 4 (s. 113) Rudzitis G.E., Feldman F.G. chémia: Organická chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.
2. Ktoré dve kyseliny majú spoločný molekulový vzorec C 4 H 8 O 2. Vymenujte ich.
3. Ktorá z kyselín, monochlóroctová alebo octová, by mala byť silnejšia? prečo?
