Многоатомные алифатические и ароматические спирты. Фенолы, полиамины, аминоспирты. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Многоатомные алифатические и ароматические спирты. Фенолы, полиамины, аминоспирты.



О.П. Семёнова, П.В. Решетов

МНОГОАТОМНЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИЕ И АРОМАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ, ПОЛИАМИНЫ, АМИНОСПИРТЫ.

Методическая разработка к лабораторно – практическому занятию

(для студентов лечебного и педиатрического факультетов)

 

 

Саратов

МНОГОАТОМНЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИЕ И АРОМАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ. ПОЛИАМИНЫ, АМИНОСПИРТЫ.

Цель занятия: изучение номенклатуры, классификации, строения, и химических свойств спиртов и фенолов, аминов и аминоспиртов.

Студент должен знать:

- классификацию спиртов, фенолов и аминов;

- номенклатуру спиртов, фенолов и аминов;

- строение спиртов, фенолов, аминов и аминоспиртов;

- химические свойства спиртов, фенола, аминов и аминоспиртов.

- роль и значение качественных реакций указанных классов в практической деятельности врача;

 

Студент должен уметь:

- называть по заместительной номенклатуре спирты, фенолы, амины и аминоспирты;

- исходя из строения, прогнозировать реакционную способность спиртов, фенолов, аминов и аминоспиртов;

Спирты - это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов Н замещены на –ОН группу.

Классификация спиртов

I. По количеству групп ОН различают: одноатомные, двухатомные и многоатомные спирты:

СН3-СН2-ОН

Этанол Этиленгликоль Глицерин

II. По характеру углеводородного радикала различают:

· предельные СН3-СН2-ОН - этанол

· непредельные СН2 = СН-СН2-ОН – пропен-2-ол

· циклические 8

циклогексанол

· ароматические

бензиловый спирт

Гомологический ряд одноатомных спиртов.

Первым членом гомологического ряда спиртов является метанол Н3С – ОН, каждый последующий член гомологического ряда отличается на группу СН2 (гомологическую разницу)

Формула спирта   Название по радикало-функциональной номенклатуре Название по заместительной номенклатуре
СН3ОН метиловый спирт метанол
С2Н5ОН этиловый спирт этанол
С3Н7ОН пропиловый спирт пропанол
С4Н9ОН бутиловый спирт бутанол
С5Н11ОН амиловый спирт пентанол
С6Н13ОН гексиловый спирт гексанол

 

Изомерия спиртов.

Для спиртов характерна структурная изомерия:

· Изомерия углеродной цепи;

бутанол-1 2-метилпропанол-1

· Изомерия положения функциональной группы.

пропанол-1 пропанол-2

Строение спиртов.

Строение молекулы спирта

СН-кислотный Nu центр

d'+
центр

               
 
   
d-
 
   
SN
 
 
 


СН3 ® СН2 ® О Н

Электрофильный Центр Кислотный

центр основности центр

 

Химические свойства спиртов обусловлены их электронным строением.

В молекуле спирта кислород как более электроотрицательный атом тянет на себя электронную плотность от углеводородного радикала и от водорода. при этом связь С – О и О – Н поляризуется и на атомах углерода и водорода возникают δ+, а на атоме кислорода δ-. Полярность связи О – Н определяет её склонность к гетеролитическому разрыву. Атом водорода становится более подвижным и способен отщепляться в виде Н+. Следовательно, спирты проявляют свойства ОН-кислот. В то же время у кислорода имеется неподелённая донорная электронная пара и спирты проявляют основные свойства. Поэтому можно сказать, что спирты являются амфотерными соединениями.

За счет поляризации связи С – О возможен гетеролитический разрыв и для спиртов возможны реакции нуклеофильного замещения (SN). Они, как правило, идут в кислой среде, т.к. протонирование атома кислорода увеличивает d+

Химические свойства

I. Кислотно-оснóвные свойства. Спирты – слабые амфотерные соединения.

1. Взаимодействие с натрием (кислотные свойства)

2H5–ОН + 2Nа ® 2 С2H5–ОNа + Н2

этилат натрия

Алкоголяты легко гидролизуются, что показывает – спирты более слабые кислоты, чем вода:

С2H5– ОNа + НОН ® С2H5–ОН + NаОН

2. Взаимодействие с сильной кислотой НС1 (основные свойства). Оснóвным центром в спиртах является атом О, обладающий неподелённой парой электронов. При действии на спирты сильными кислотами происходит присоединение Н+ к атому кислорода группы ОН и образуется неустойчивый алкилоксониевый ион:

Этилоксоний хлорид

II. Реакции SN по гр. –ОН

Гр. -ОН является плохоуходящей группой (связь мало полярна), поэтому большинство реакций проводят в кислой среде. Механизм р-ции:

СН3-СН2-ОН + Н+ ® СН3-СН2- -Н ® СН3-СН2+ + Н2О

1. Взаимодействие с галогеноводородами:

Если реакция идет с галогеноводородами, то присоединяться будет галогенид-ион: СН3-СН2 - ОН + НСl ® СН3-СН2Сl + Н2О

2. Реакция алкилирования (введение алкила R в молекулу).

Заместить –ОН гр. на галоген можно при действии РСl3, РСl5 и SОСl2, например:

С2Н5ОН + РСl5 → С2Н5Сl + HCl + POCl3

С2Н5ОН + SOСl2 → С2Н5Сl + HCl + SO2

По такому механизму легче реагируют третичные спирты.

III. Реакции SЕ.

К ним относятся реакции взаимодействия спиртов с органическими и минеральными кислотами с образованием сложных эфиров:

1. Взаимодействие с уксусной кислотой.

С2H5 – О Н + Н О – СН3 – О – + Н2О

этиловый эфир уксусной кислоты

2.
С2H5 – О Н + Н О – NО2 С2H5 – О –NО2 + Н2О
Взаимодействие с азотной кислотой:

 

этилнитрат

 

IV. Реакции Е (отщепления, или элиминирования)

Эти реакции конкурируют с реакциями SN.

СН3-СН2-ОН + Н+ СН3-СН2- СН3-СН2+

При избытке Н24 и более высокой температуре, чем в случае реакции образования простых эфиров, идет регенерация катализатора и образуется алкен:

СН3-СН2+ + НSО4- ® СН2 = СН2 + Н24

 

Легче идет реакция SE для третичных спиртов, труднее для вторичных и первичных, т.к. в последних случаях образуется менее стабильные катионы. В данных реакциях выполняется правило А. Зайцева: «При дегидратации спиртов атом Н отщепляется от соседнего атома С с меньшим содержанием атомов Н».

СН3-СН = СН -СН3

Бутанол-2 бутен - 2

В организме гр. –ОН превращается в легкоуходящую путем образования эфиров с Н3РО4:

СН3-СН2-ОН + НО–РО3Н2 СН3-СН2-ОРО3Н2

V. Реакции окисления

1. Первичные и вторичные спирты окисляются СuО, растворами КМnО4, К2Сr2О7 при нагревании с образованием соответствующих карбонилсодержащих соединений:

Пропионовый альдегид    
Пропанол-1  
СН3-СН2- -ОН + О СН3-CH2- -ОН СН3-СН2-

 

Пропанол-2
СН3 - - СН3 + О СН3- - СН3 СН3- СН3

Ацетон (кетон)

5CH3OH + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5CO2↑ + 6MnSO4 + K2SO4 + 19H2O

5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O

Окисление спиртов под действием дихроматов натрия или калия является качественной реакцией. В результате взаимодействия спирт окисляется, а дихромат – ион восстанавливается до Cr+3, в результате чего оранжевое окрашивание переходит в сине-зеленое.

Cr2O72- + 14H+ + 6 ẻ → 2Cr3+ + 7H2O

оранжевый сине-зеленый

 

на холоду протекает реакция по уравнению:

2Н5ОН + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O

При нагревании:

2Н5ОН + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3COH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 6H2O

 

2. Третичные спирты окисляются с трудом.

К реакциям окисления относятся и реакции дегидрирования:

СН3 - - ОН СН3 - = О + Н2

3. Спирты горят: С2Н6О + 2О2 → 2СО2 + 3Н2О

 

VI. По радикалу (R) протекают реакции, характерные для соответствующих углеводородов (УВ). В случае предельных – SR, непредельных – АN, ароматических – SЕ:

1. Реакции по α- углеродному атому с галогенами:

СН3-СН2-ОН + 3Вr2 СВr3-СН2-ОН + 3НВr

Этанол Нарколан

2. Реакции с галогенами в непредельных спиртах:

СН2 = СН-СН2-ОН + Вr2 СН2 Вr–СНВr–СН2ОН

Аллиловый спирт 2,3- Дибромпропанол

3. Реакции по ароматическому кольцу:

 

Бензиловый спирт n-Нитрофенилметанол

Многоатомные спирты

Многоатомные спирты можно рассматривать как производные углеводородов, в которых несколько атомов водорода замещены на группы ОН.

Двухатомные спирты, называются диолами или гликолями, трехатомные – триолы или глицерины.

Названия многоатомных спиртов образуются по общим правилам номенклатуры ИЮПАК. Представителями многоатомных спиртов являются:

этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3

Этиленгликоль глицерин

 

Фенолы

Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы.

Классификация фенолов.

В зависимости от числа групп ОН фенолы делятся на: одноатомные и

двухатомные фенолы:

   
Пирокатехин, 1,2-Дигидрокси- бензол   Резорцин, 1,3-Дигидрокси- бензол   Гидрохинон, 1,4-Дигидрокси- бензол

 

трехзамещенные фенолы: (пирогаллол), симметричный и несимметричный


.

 

 

Номенклатура и изомерия.

Названия фенолов составляют с учетом того, что для родоначальной структуры по правилам ИЮПАК сохранено тривиальное название «фенол». Нумерацию атомов углерода бензольного кольца начинают от атома, непосредственно связанного с группой ОН и продолжают в такой последовательности, чтобы имеющиеся заместители получили наименьшие номера.

Физические свойства.

Фенол – это бесцветное кристаллическоевещество с резким запахом, плохо растворим в воде при обычной температуре, а при температуре выше 660 смешивается с водой в любых соотношениях. На воздухе окисляется и становится розовым. Фенол – токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, его 10% водный раствор называется карболовой кислотой и применяется как антисептик.

Химические свойства.

Химические свойства фенолов обусловлены наличием группы ОН и бензольного кольца.

Классификация

I. По количеству NH2 групп различают: моноамины, диамины:

СН3-СН2-NH2 NH2 – CH2 – CH2 – NH2

Этиламин Этилендиамин

II. В зависимости от числа атомов Н, замещенных на R, различают первичные, вторичные и третичные амины. NH2 – аминогруппа, –NH – иминогруппа.

СН3-СН2-NH2 – этиамин, первичный амин

СН3-СН2-NH - СН3-СН3 – диэтиламин, вторичный амин

- триэтиламин, третичный амин

III. По характеру углеводородного радикала различают:

· алифатические СН3-СН2-NH2 - этиламин

· ароматические С6Н5NH2 – аминобензол, анилин

 

Номенклатура

Рациональная – название радикала (R) + «амин»:

СН3 – СН2– СН2– NН2 СН3 – NН– СН3

Пропиламин Диметиламин

МН рассматривает гр. –NH2 как заместитель в первичных аминах и ее название ставят в приставке перед названием основной цепи (корня):

2-Аминопропан

Изомерия

Для первичных аминов – изомерия углерод-углеродной цепи и положения гр. – NH2 (1, 2); для вторичных и третичных аминов – изомерия радикала - метамерия

1) СН3 – СН2– СН2– NН2

Пропиламин Изопропиламин

2) СН3 – СН2– СН2– СН2– NН2

Бутиламин Изобутиламин

3) СН3 – СН2– СН2–NН–СН3 СН3 – СН2–NН – СН2–СН3

Метилпропиламин Диэтиламин

Физические свойства

Метиламин, диметиламин, триметиламин – газы, хорошо растворимые в воде; средние члены гомологического ряда аминов – жидкости, высшие – твердые вещ-ва.

Амины в заметных количествах образуются при гниении органических остатков, содержащих белки. Ряд аминов образуется в организме человека и животных из a-аминокислот под действием ферментов. Такие амины принято называть биогенными аминами, например, кадаверин и путресцин.

Строение молекулы амина

Связи N – H, C – N полярны, однако полярность NH связи больше, чем CN согласно различной ЭО атомов N, С, Н. Поэтому первичные и вторичные амины, подобно спиртам, склонны к образованию Н-связей.

 

Нуклеофильный и оснóвный центры

В связи с меньшей полярностью связи С – N (0,45 D) по сравнению с полярностью N – Н (1,3 D) для аминов не характерны реакции замещения гр. NН2 – и кислотные свойства.

Важнейшее свойство аминов связано с наличием свободной электронной пары у атома N и его способностью присоединять «+» частицы. С этим связано проявление аминами свойств оснований, т.е. присоединять Н+ от воды и кислот, а также вступать в р-ции алкилирования, ацилирования, выполняя при этом роль Nu.

Химические свойства

I. Оснóвные свойства

Амины более сильные основания, чем NH3. Это объясняется + I эффектом радикалов. Чем больше электронная плотность на атоме N, тем больше основность. Вторичные амины более сильные основания, чем первичные. Основность третичных аминов уменьшается, что объясняется экранирующим влиянием атома N тремя алкильными группами.

Поскольку электроотрицательность атома N меньше электроотрицательности атома О, амины образуют менее прочные ассоциаты, чем соответствующие спирты и имеют более низкие температуры кипения. Температура кипения этанола 78 оС, а этиламина – 17 оС.

1. При растворении в воде к аминам присоединяется Н+ от молекулы НОН, поэтому растворы аминов имеют щелочную реакцию:

С2Н5 H2 + HOH ® [С2Н5 H3]OH-

Гидроксидэтиламмония

2. При взаимодействии с кислотами образуются соли:

С2Н5 H2 + HС1 ® [С2Н5 H3]Сl-

Хлоридэтиламмония

Щелочи разлагают соли аминов и выделяют свободные амины:

2Н5 H3]Сl- + NaOH ® NaCl + С2Н5NH2 + H2O

Особенно сильные оснóвные свойства у четвертичных аммониевых оснований, которые по силе соответствуют щелочам:

Оснóвные свойства ароматических аминов ослаблены за счет р,p-сопряжения NH2 – группы с бензольным кольцом. Поэтому анилин образует соли только с сильными минеральными к-тами. Водный р-р анилина не изменяет окраску индикаторов.

II. Реакции алкилирования и ацилирования

В этом случае амины проявляют нуклеофильные свойства за счет электронной пары атома азота.

1. Реакция алкилирования (замещение атомов водорода в гр. NH2 на углеводородный радикал, в результате чего образуется вторичный амин):

С2Н5NH2 + СН3CI → С2Н5NH-CH3 + HCI

метилэтиламин

2. Реакция ацилирования (замещение атомов водорода в гр. NH2 на ацильный радикал):

Подобным образом алкилируется и ацилируется С6Н5NH2.

С6Н5NH2 + СН3CI → С6Н5NH-CH3 + HCI (реакция алкилирования)

С6Н5NH2 + СН3 COCI → С2Н5NH-C-CH3 + HCI (реакция ацилирования)

О

III. Реакция с альдегидом с образованием основания Шиффа:

С2Н5 – NH2 + O = – СН3 С2Н5 – N = – СН3

IV. Качественные реакции на амины (реакция с HNO2)

1) С2Н5 – NH2 + O = N – OH 2Н5 – N= N – OH] С2Н5OH

2) + HONO -NO¯

Желтый Нитрозоамины

Нитрозоамины являются канцерогенными веществами. Нитраты в организме восстанавливаются до нитритов.

3) R3N: + НNO2 ® [R3NH]+NO2-

Соль

При действии HNO2 на соли анилина образуется не фенол, а соли диазония (широко используемые в химии красителей), которые при нагревании выделяют азот N2 с образованием фенола:

6Н5 H3]Cl- + HONO ® [С6Н5 ºN]Cl- + 2Н2О

Соль диазония

6Н5 ºN]Cl- + 2Н2О N2 + HCl + С6Н5OH

V. Реакции по радикалу

Сульфаниловая кислота – важный продукт в синтезе лекарственных веществ (сульфаниламидных препаратов) и красителей. Наибольшую активность имеют производные сульфаниламидов, в которых атом Н в группе – SO2NH2 замещен на гетероцикл. Например,

сульфадиметоксин:

Сульфаниламиды, являясь антиметаболитами n-аминобензойной к-ты (ПАБК), блокируют биосинтез фолиевой к-ты (витамин Вс), необходимой для нормального развития и размножения микроорганизмов. Сульфаниламиды имеют сходные геометрические параметры с ПАБК, что позволяет им встраиваться вместо последней в синтез фолиевой к-ты.

Диамины.

Простейшим диамином является этилендиамин. Он образуется при аммонолизе 1,2-дихлорэтана.

Тетраметилендиамин (путресцин) и пентаметилендиамин (кадаверин), образуются при декарбоксилировании диаминокислот и обусловливают ядовитость гниющих белков.

Аминоспирты

Это соединения, содержащие в молекуле одновременно гр. –NН2 и –ОН. Первый член гомологического ряда

2-Аминоэтанол-1, моноэтаноламин, коламин

Коламин входит в состав сложных липидов. Производное коламина – димедрол – обладает противоаллергическим и слабым снотворным действием.

Коламин по гр. –NН2 проявляет свойства аминов и спиртов.

Р-ции, протекающие по –ОН гр: с Ме, РС15, НС1, R–C1, R–COC1; р-ции окисления и дегидратации.

1. Взаимодействие с активными металлами.

2. Взаимодействие с РCl5 и НСl (реакции SN)

3. Взаимодействие с галогеналканами:

4. Взаимодействие с ангидридами кислот:

Реакции по NH2- группе.

1. Взаимодействие с сильными кислотами приводит к образованию устойчивых солей.

гидрохлорид 2- аминоэтанола

2. Взаимодействие с водой.

3. Взаимодействие с ангидридами кислот.

4. В реакции алкилирования коламин образует метилированное производное по типу четвртичного аммониевого основания – холин – триметилоксиэтилгидроксид аммония:

В организме донором метильных групп является аминок-та метионин

Холин является составной частью фосфолипидов. Особенно его много в нервных тканях, мозге, печени, мышцах сердца, почках. Сложный эфир холина и уксусной кислоты – ацетилхолин, является посредником при передаче нервного импульса в тканях организма.

в организме образуется при ацетилировании холина с помощью ацетилкофермента А.

Вопросы для самоконтроля:

1. Классификация и номенклатура спиртов

2. Виды изомерии спиртов.

3. На основе электронного строения пропанола-1, охарактеризуйте химические свойства спиртов.

4. Применение спиртов в медицине.

5. Классификация и номенклатура фенолов. Изомерия.

6. Строение фенола, взаимное влияние бензольного кольца и гидроксильной группы.

7. Физические свойства и химические свойства фенола.

8. Фенол. Резорцин. Гидрохинон. Пирокатехин. Применение в медицине. Фенолы как антиоксиданты.

9. Классификация и изомерия аминов.

10. На основе электронного строения этиламина охарактеризуйте химические свойства аминов.

11. Какие из алифатических аминов проявляют более выраженные основные свойства и почему?

12. Строение этилендиамина.

13. Строение коламина. Как влияют функциональные группы в коламине друг на друга.

14. Ацетилхолин – сложный эфир холина и уксусной кислоты, участвует при передаче нервного возбуждения в нервных тканях, т. е. является нейромедиатором. Напишите реакцию его образования.

15. Пикриновая кислота входит в состав взрывчатых веществ. Напишите реакцию её образования.

16. Напишите реакции взаимодействия анилина с Br2, HO-NO2, HO-SO3H

 

 

Экспериментальная часть

Лабораторная работа

Вариант 1

1. Предельный одноатомный спирт имеет строение:

 

2. При взаимодействии фенола с уксусной кислотой образуется:

а) простой эфир; б) спирт; в) сложный эфир; г) альдегид.

3. Качественной реакцией на фенолы является реакция с:

а) NaOH; б) Br2; в); г) FeCl3.

4. Этанол образует простой эфир при взаимодействии с:

а) карбоновой кислотой; б) спиртом;

в) альдегидом; г) галогенводородом.

5. Качественной реакцией на глицерин является реакция с:

а) FeCl3; б) NaOH; в) Cu(OH)2; г) НBr.

Вариант 2

1. Пропанол образует простой эфир при взаимодействии с:

а) спиртом; б) альдегидом;

в) карбоновой кислотой; г) галогенводородом.

2. В присутствии серной кислоты и при нагревании этиловый спирт претерпевает внутримолекулярную дегидратацию. Укажите механизм:

а) SR; б) AN; в) AЕ; г) элиминирование.

3. Качественной реакцией на этандиол является реакция с:

а) НBr; б) FeCl3; в) NaOH; г) Cu(OH)2.

4. Фенол имеет строение:

5. Фенол вступает в реакцию с бромом. Укажите механизм реакции:

а) SN; б) AЕ; в) SЕ; г) AN.

 

Вариант 3

1. Более сильным основанием является:

2. Качественной реакцией на этиламин является реакция с:

а) НCl; б) HNO3; в) HNO2; г) СН3СООН.

3. Алифатические амины имеют строение:

4. Имин образуется в результате реакции:

а) альдегида с амином; б) кетона с гидроксиламином;

в) альдегида со спиртом; г) кетона с гидразином.

5 При взаимодействии фенола с гидроксидом натрия он проявляет свойства:

а) основные; б) амфотерные; в) кислотные.

 

Вариант 4

1. Соединение, в котором NН2 – группа является ЭД:

а) анилин; б) первичный амин;

в) вторичный амин; г) третичный амин.

2. Ароматическим является соединение:

а) метиламин; б) диэтиламин;

в) триметиламин; г) фенол.

3. При взаимодействии HNО3 с этанолом образуется:

а) сложный эфир б) простой эфир

в) алкен г) кислота

4. При обнаружении многоатомного спирта с использованием качественной реакции наблюдается окрашивание:

а) синее; б) красное;

в) желтое; г) фиолетовое.

5. При окислении фенола образуется:

а) бензойная кислота; б) бензальдегид;

в) гидрохинон; г) хинон.

 

 

Вариант 5

1. Качественная реакция на метиламин – это реакция с:

а) HCl; б) HNO3; в) HNO2; г) CH3COOH.

2. Этанол образует сложный эфир при взаимодействии с:

а) альдегидом; б) спиртом;

в) карбоновой кислотой; г) анилином.

3. Для обнаружения фенолов используют качественную реакцию с:

а) Cu(OH)2; б) Ag2O; в) NaOH; г) FeCl3.

4. Группа ОН- в молекуле фенола проявляет электронные эффекты:

а) – I, - M; б) – I, + М; в) +I, -М, г) +I, + М

5. Вторичный амин при взаимодействии с азотистой кислотой образует:

а) спирт; б) кетон;

в) нитрозамин; г) соль.

 

Ответы к тестам

№ теста Номер вопроса
         
  в в г б в
  а г г в а
  б б г а г
  а г а а Г
  б в г б в

 

Литература

1.Тюкавкина С. 153-158, 242-246,. 154-180, 229, 252-256.

 

О.П. Семёнова, П.В. Решетов

МНОГОАТОМНЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИЕ И АРОМАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ, ПОЛИАМИНЫ, АМИНОСПИРТЫ.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 1825; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.143.168.172 (0.267 с.)