Лекционный курс для учащихся дневного отделения Составила

Вид материала

Документы

Содержание 3 циссизакратоноваяН СН Способы получения Химические свойства Взаимодействие с галогеноводородами Химические свойства Взаимодействие с минеральными кислотами Интересно знать Общая формула Общая формула Отдельные представители Интересно знать Опорный конспект Простые углеводы Сложные углеводы

Подобный материал:

• Лекционный курс для подготовки к экзамену по дисциплине: «аналитическая химия» для, 961.07kb.
• График чтения обзорных лекций по биологии (5 курс дневного отделения и 6 курс заочного, 40.54kb.
• Учебное пособие по курсу «управление банковским продуктом» Составитель: к э. н., доцент, 955.86kb.
• Для учащихся школ и студентов (дневного отделения), 74.7kb.
• Методические рекомендации для студентов дневного отделения Тамбов, 652.18kb.
• Общий курс (для студентов II курса дневного отделения исторического факультета мгу), 244.37kb.
• Факультативный курс для учащихся 3-4 классов. Составила, 243.19kb.
• Учебно-методическое пособие для студентов-бакалавров Iкурса дневного отделения и студентов-специалистов, 1806.19kb.
• Программа по дисциплине «Теория вероятностей и математическая статистика» для студентов, 206.05kb.
• Календарный план лекций для студентов дневного отделения 3 курса педиатрического факультета,, 77.36kb.

СООН СН ₃

циссизакратоновая


Н СН₃




С = С


СООН Н

трансизократоновая


Физические свойства:

на примере акриловой кислоты: жидкость с резким запахом, неограниченно растворима в воде, температура кипения 141 °С, плотность 1,05 г/мл.


Способы получения:

1. Окисление непредельных спиртов:
   

Схема реакции

Н₂С=СН – СН₂ – ОН + [O] → Н₂С=СН – СОН + [O] → Н₂С=СН – СООН

аллиловый спирт акриловая кислота

2. Дегидратация оксикислот:
   

t

Н₃С – СН – СН₂ – СООН → Н₃С – СН=СН – СООН + Н₂О

кратоновая

ОН

3-оксибутановая кислота


Химические свойства:

Для непредельных карбоновых характерны реакции присоединения по месту кратной связи

1. Гидрирование:
   

t, Ni, Pt

Н₂С=СН – СООН + Н₂ → Н₃С – СН – СООН

акриловая пропановая

2. Взаимодействие с галогенами:
   

Н₂С=СН – СООН + Вr₂ → Н₂С – СН - СООН

акриловая

Вr Вr

2,3 – дибромпропановая

3 . Взаимодействие с галогеноводородами

Происходит не по правилу Марковникова.

Формулировка правила: в реакциях алкенов с различными реа­гентами Н—X (где X — это Сl, Вr, ОН, OR) водород присоединяется к тому атому углерода при двойной связи, с которым связано больше атомов во­дорода. Однако при наличии в веществе электроноакцепторного замести­теля (функциональной группы, оття­гивающей на себя электронную плотность) более стабильным оказы­вается первичный карбокатион, и пра­вило Марковникова не выполняется:



Владимир Васильевич Марковников.


Н₂С=СН – СООН + НВr → H₂C – CH₂ - COOH

акриловая

Br

3- бромпропановая кислота

4. Окисление:

Н₃С – СН=СН – СООН + [O] + Н₂О → Н₃С – СН – СН – СООН

кратоновая

ОН ОН

2,3 – диоксибутановая

t

Н₃С – СН=СН – СООН + 4[O] → Н₃С – СООН + НООС – СООН

уксусная кислота щавелевая кислота

5. Полимеризация:

n Н₂С= СН → ( - СН₂ – СН - )n


СООН СООН

акриловая полиакриловая


6. Для непредельных карбоновых кислот характерны все реакции, протекающие в группе

-СООН.


АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ


Простейшая ароматическая кислота- бензойная СООН - бесцветное кристаллическое вещество,

мало растворимо в холодной и довольно легко в горячей воде, температура кипения 249 °С.

Способы получения:

1. Окисление толуола кислородом воздуха:
   

СН₃ + О₂ → СООН

2. Гидролиз бензохлорида
   

С₆Н₅ССl + 3 NаОН → С₆Н₅СООН + NаСl + Н₂О


Химические свойства:

1. Взаимодействие с галогенами:
   

FeCl₃

СООН + Вr ₂ → COOH + HBr

- Br


3-бромбензойная

кислота

2. Взаимодействие с минеральными кислотами:
   

t, H₂SO₄

СООН + НNO₃ → COOH + H₂О

- NO₂


3-нитробензойная

кислота


۩ Интересно знать

Впервые образование блестящих шелковистых кристаллов наблюдал при сухой перегонке смол алхимик Андреас Либавий. Оказалось, что это бензойная кислота C₆H₅COOH — вещество, в холодной воде плохо растворимое, а в горячей — хорошо. Сама кислота и её сложные эфиры входят в состав многих эфирных масел (например, гвоздичного) и бальзамов. Содержащие бензойную кислоту ягоды брусники и клюквы могут долго храниться, поскольку почти не подвержены гниению. Дело в том, что бензойная кислота убивает болезнетворные бактерии, вызывающие гниение. Благодаря этому свойству, а также нетоксичности бензойную кислоту и её соли (например, бензоат натрия) активно используют в качестве консерванта в пищевой промышленности — добавляют во фруктовые соки, соусы, джемы, безалкагольные напитки.




При охлаждении горячего раствора бензойная кислота выделяется в виде игольчатых кристаллов.

Бензойная кислота содержится в бензойной смоле, в эфирных маслах, особенно её много в клюкве и бруснике.



Как кислота, так и её соль – бензоат натрия является консервирующим вешеством, оказывает менее вредное действие на организм по сравнению с другими консервантами. Эти вещества оказывают сильное бактерицидное действие на дрожжи и другие виды микроорганизмов, подавляет жизнедеятельность бактерий масляного и уксуснокислого брожения, тем самым позволяет предотвратить микробиальную порчу продуктов питания в процессе их приготовления и хранения; увеличить срок хранения пищевых продуктов в несколько раз.

Применяются для консервирования маргарина, плодово-ягодных полуфабрикатов, повидла, мармелада, кондитерских изделий, напитков, рыбных пресервов. Бензоат натрия (Е 211) используется в виде водного раствора, который добавляют к продукту и хорошо перемешивают. Стадия внесения консерванта в продукт определяется технологией его производства.

Оксибензойная кислота- это салициловая кислота.


СООН + → СООН + СН₃СООН

-ОН - О – О – С – СН₃


салициловая кислота ацетилсалициловая кислота


ДВУХОСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ (ДИКАРБОНОВЫЕ)

- это производные предельных углеводородов - алканов, в которых 2 атом водорода (Н) замещены на карбоксильные группы –СООН.


Общая формула: С_nН_2n ( СОOH)₂


В щавеле, а также в ревене, кисли­це, шпинате содержится щавелевая кислота НООС—СООН. Эта простей­шая двухосновная кислота — про­дукт распада некоторых аминокислот, например глицина. При нарушениях обмена веществ (в частности, при недостатке витамина В₁₂) в организме человека откладывается её малорас­творимая кальциевая соль — оксалат кальция, это и есть так называемое оксалатное отложение солей.

Янтар­ная кислота НООС—СН₂СН₂—СООН впервые была выделена алхимиками. Ещё Агрикола наблюдал при прокали­вании янтаря образование похожего на соль белого налёта янтарной кис­лоты (лат. sal succini volatile — «лету­чая янтарная соль»).


Получение:

[O]

СН₂ – СН₂ → CООН




ОН ОН СООН

Щавелевая кислота под действием высоких температур разлагается на муравьиную кислоту и углекислый газ:

СООН t

→ НСООН + СО₂ ↑

СООН

Соли щавелевойкислоты называются оксалатами.


ОКСИКИСЛОТЫ - - это производные предельных углеводородов - алканов, в которых кроме карбоксильных групп –СООН содержатся 1 или несколько гидроксильных групп – ОН.

Общая формула: R - ( СОOH)_n

(OH)n

Представители:

Н₃С – СН – СООН - молочная, 2-оксипропановая , α- оксипропионовая




ОН


яблочная, 2-оксибутандиовая, α-оксибутандиовая кислота


СООН


СН – ОН - винная, 2,3 – диоксибутановая, α , β – диоксимасляная кмслота


СН – ОН


СООН


ОН



НООС – СН₂ – С – СН₂ – СООН - лимонная, 3- оксипентантриовая кислота


СООН

Виды изомерии:

1. изомерия углеродного скелета
   
2. изомерия положения группы –ОН
   
3. пространственная (оптическая) изомерия – характерна для ассиметрических кислот:
   

Простейшим примером может служить молекула молочной (2-гидроксипропановой) кислоты: СН₃СН(ОН)СООН.



D⁺ молочная L ^- молочная

Оптические изомеры молочной кислоты.

D – от лат. dexter – «правый» L – от лат. laevus – «левый»

Многие соединения не содержат асимметрических атомов углерода, но обнаруживают тем не менее явле­ние оптической изомерии. Условия для изомерии такого типа возникают в случае, когда вращение фрагментов молекулы относительно друг друга за­труднено.

Изомеры молочной кислоты:

1. не вращаются – молочные продукты, квашенная капуста
   
2. правое вращение – в мышцах животных и человека
   
3. левое вращение – при молочнокислом брожении сахаров
   

Рацематы – это изомеры, которые имеют компоненты вращения, но не вращаются, т.к. правостороннее и левостороннее вращение скомпенсированы.


Для оксикислот характерны все химические свойства присущие карбоновым кислотам и спиртам.


Специфические свойства оксикарбоновых кислот:

t, мин.к-та

1. Н₃С – СН – СООН → СН₃СОН + НСООН




ОН

2. Н₃С – СН – СООН → СН₂=СН – СООН + Н₂О

акриловая

ОН


3. НО- СН₂ – СН₂ – СН₂ –СООН → СН₂ – СН₂ \

О

СН₂ - С /


О

циклический внутримолекулярный

сложный эфир ( лактон)


Отдельные представители:

Яблочная кислота- существует в виде 2 стереоизомеров и рацемата; бесцветные кристаллы, температура плавления D-изомера- 130,8°С, температура плавления L-изомера- 100°С.

Соли и эфиры яблочной кислоты называются малатами.

α-яблочная кислота содержится в кислых плодах ( незрелых яблоках, крыжовнике, плодах рябины, в виде кальциевой соли – в табаке).


Характерные химические свойства яблочной кислоты:

100 °С

1. → ангидрид


140-150 °С

2. → НООС – С – Н + Н₂О




Н – С – СОН

фумаровая к-та


180 °С

3. → фумаровая к-та + малеиновый ангидрид


(Н – С – СООН - малеиновая к-та)


Н – С – СООН


Н₂О₂, КМnО₄

4. → оксалилуксусная к-та


Н₂SО₄

5. → кумалиновая к-та


Применение:

1. при производстве вин, фруктовых вод, кондитерских изделий как регулятор кислотности;
   
2. в медицине: слабительное средство, от хрипоты;
   
3. входит в состав косметических препаратов.
   

Винная кислота - в 1769 г. Шееле при действии сер­ной кислотой на винный камень впервые получил винную кислоту НООС—СН(ОН)СН(ОН)—СООН. Впоследствии выяснилось, что вин­ная кислота существует в виде трёх стереоизомеров. Два из них обладают одинаковыми физическими свойст­вами, а их молекулы представляют собой зеркальные отражения друг друга (оптические антиподы, или энантиомеры). Это так называемые D- и L-винные кислоты, а винный ка­мень — соль D-формы.

Интересно, что энантиомерные винные кислоты образуют кристаллы, которые также являются зеркальными отражениями друг друга. Смесь рав­ных количеств D- и L-винных кислот (рацемат) называется виноградной кислотой. А вот третья из винных кислот — мезовинная не относится к числу оптически активных веществ.


СООН СООН СООН




Н – С – ОН НО – С – Н Н – С – ОН




НО – С – Н Н – С – ОН Н – С – ОН




СООН СООН СООН

D-винная L-винная мезовинная

Эфиры и соли винной кислоты называются тартратами.

Применение:

1. тартрат аммония- разрыхлитель теста, компонент паст для печатчния по шёлковым и шерстяным тканям;
   
2. тартрат натрия- эмульгатор в сыроваренной промышленности, в производстве лекарственных средств;
   
3. гидротартрат натрия – в производстве шипучих напитков
   

Гомологом щавелевой кислоты является адипиновая кислота НООС(СН₂)₄СООН, которая получа­ется окислением некоторых цикличе­ских соединений. Она входит в со­став чистящих средств для удаления ржавчины, а также служит исходным веществом для производства поли­амидных волокон .


Высшие кислоты, например стеа­риновая СН₃(СН₂)₁₆СООН и пальми­тиновая СН₃(СН₂)₁₄СООН, впервые выделенная из пальмового масла, представляют собой бесцветные твёр­дые вещества, не растворимые в воде. Долгое время основным их источни­ком были природные жиры, напри­мер свиное сало или говяжий жир. Сейчас эти кислоты получают и син­тетически — каталитическим окисле­нием углеводородов нефти. Прак­тическое значение имеют главным образом натриевые соли этих кислот — стеарат натрия C₁₇H₃₅COONa и пальмитат натрия C₁₅H₃₁COONa: они являются основными компонен­тами мыла.

۩ Интересно знать

Многие карбоновые кислоты — например, яблочная, винная, лимон­ная, хинная — образуются в вакуолях клеток плодов при частичном окис­лении глюкозы и в результате неко­торых других биохимических про­цессов. Плоды цитрусовых богаты лимонной кислотой: в мякоти апель­сина её около 2%, в грейпфруте — до 3%, а в лимоне — 6%. Поэтому неудивительно, что впервые она была выделена Шееле в 1784 г. именно из лимонов. Подобный эксперимент можно проделать и в школьной ла­боратории: нужно лимонный сок об­работать известью, а продукт этой реакции — кальциевую соль отфильт­ровать и разложить серной кислотой. Образующаяся в результате лимонная кислота переходит в раствор, который упаривают до начала кристаллизации.


ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

по теме: «УГЛЕВОДЫ»

- это органические соединения, состав которых выражается формулой Сn(H₂O)m (n и m ≥ 4) .

Исключение составляет рамноза – С₆Н₁₂О₅ .

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ УГЛЕВОДОВ

Сахароза (тростниковый сахар) была хорошо известна на Древнем Востоке. Её выделяли из сока сахар­ного тростника, который сгущали и с помощью молока осветляли, а за­тем промывали известковой водой или раствором золы. Примеси отде­лялись вместе с образующейся пе­ной. Сахарный сироп заливали в формы, он медленно кристаллизо­вался в них, превращаясь в большие куски сахара — сахарные головы. Родиной сахарного тростника считается Индия (слово «сахар» то­же «родом» из Индии: «сакхара» на языке одного из древних народов полуострова означало сначала про­сто «песок», а затем — «сахарный песок»). Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию; оттуда через Венецию сахар посту­пал в европейские страны. Долгое время он стоил очень дорого и считался роскошью. Поисками бо­лее доступных природных источни­ков сахара занимался немецкий хи­мик Андреас Сигизмунд Маргграф. В трактате, изданном в 1747 г., он описал свои опыты по получению сахара из свёклы. К концу XVIII в. в Германии вывели сорт свёклы с по­вышенным содержанием сахара — сахарную свёклу. В 1796—1802 гг. ученик Маргграфа Франц Карл Ахард (1753—1821) разработал способ выделения сахара из свёклы, положивший начало производству сахара не из привозного тростника, а из местного сырья. Постепенно из дорогого лакомства сахар превра­тился в дешёвый и доступный каж­дому продукт питания.

Фруктоза была впервые выделе­на из «медовой воды» в 1792 г. рус­ским химиком Товием Егоровичем Ловицем, а глюкоза открыта в 1802 г. Химия полисахаридов полу­чила развитие после того, как в 1811 г. русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф впервые осуществил гидролиз крахмала.


Классификация:

все известные углеводы можно подразделить на 2 большие группы - простые и сложные.

1. Простые углеводы – моносахариды (монозы) – являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоноспирты). Взависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.

Альдозы Кетозы

СН₂ – СН – СОН триозы СН₂ – С – СН₂


ОН ОН ОН О ОН


СН₂ – СН – СН – СОН тетрозы СН₂ – СН – С – СН₂


ОН ОН ОН ОН ОН О ОН


СН₂ – СН – СН – СН – СОН пентозы СН₂ – СН – СН – С – СН₂


ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН О ОН


СН₂ – СН – СН – СН – СН – СОН гексозы СН₂ – СН – СН – СН – С – СН₂


ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН О ОН


Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

2. Сложные углеводы: в зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные – дисахариды, высокомолекулярные – полисахариды. Дисахариды по способности восстанавливать ионы металлов делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на 2 группы: гомополисахариды ( построены из моносахаридных остатков одного типа) и гетерополисахариды ( построены из остатков разных моносахаридов).