Лабораторные работы на практическом занятии. (Стр. 52).

Опыт 10. Получение этилата натрия и его гидролиз.

В сухую пробирку поместить 3 капли этанола и внести размером с рисовое зернышко кусочек металлического натрия, предварительно отжатый от керосина на отфильтрованной бумаге. Соберите выделяющийся водород, прикрыв пробирку пробкой. Затем уберите пробку и поднесите пробирку отверстием к пламени горелки. Смесь водорода с воздухом сгорает с характерным «лающим» звуком. Белый осадок этилата натрия растворите в 2-4 каплях этанола и добавьте 1 каплю 1% спиртового раствора фенолфталеина. Затем внесите в пробирку 1-2 капли воды. Объясните появление малиновой окраски.

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакций получения этилата натрия и его гидролиза.

2. Какое свойство спиртов проявляется в реакции с металлическим натрием?

3. Можно ли с помощью цветных индикаторов обнаружить кислотные свойства эталона?

4. Почему спирты реагируют с натрием медленнее, чем вода?

5. Почему вода разлагает этилат натрия?

Опыт 11. Получение этиленгликолята меди (II).

В пробирку внесите 2 капли 2%-ного раствора сульфата меди (II) и 2 капли 10%-ного раствора гидроксида натрия. К осадку добавьте 1 каплю этиленгликоля и встряхните пробирку. Образуется гликолят меди, раствор которого имеет синюю окраску. Эта реакция используется для обнаружения органических соединений, содержащих диольный фрагмент (две гидроксильные группы у соседних атомов углерода).

Вопросы:

1. Напишите схему взаимодействия этиленгликоля с гидроксидом меди (II) с образованием хелатного комплекса гликолята меди.

2. Какой структурный фрагмент содержат органические соединения, растворяющие гидроксид меди (II)?

3. Сравните кислотность этиленгликоля и этанола. Какими реакциями можно подтвердить различие в их кислотности?

Опыт 12. Образование фенолята натрия и разложение его кислотой.

В пробирку с 3 каплями воды поместите несколько кристаллов фенола и встряхните. К возникшей мутной эмульсии добавляйте по каплям 10%-ный раствор гидроксида натрия, до прозрачного раствора. Подкислите этот раствор несколькими каплями 10%-ного раствора хлороводородной кислоты.

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакции получения фенолята натрия.

2. Почему фенол в отличие от спиртов способен реагировать с щелочами?

3. В чем причина более кислого характера фенольного гидроксила по сравнению со спиртовым?

4. Почему при добавлении НСl к раствору фенолята натрия наблюдается помутнение раствора?

5. Почему фенолят натрия не разлагается водой?

Опыт 13. Основность алифатических и ароматических аминов.

1.В две пробирки внесите по 2 капли воды. Затем в 1-ую пробирку поместите 1 каплю анилина, а во 2-ую – 1 каплю диэтиламина и взболтайте. Сравните растворимость этих аминов в воде. Определите рН растворов анилина и диэтиламина.

2. К эмульсии анилина в воде добавьте 1 каплю 10%-ного раствора хлороводородной кислоты. Образуется прозрачный раствор. К раствору диэтиламина прибавьте 3 капли насыщенного раствора пикриновой кислоты. И перемешайте. Пробирку поместите в стакан с холодной водой. Через некоторое время выпадает осадок пикрата диэтиламина.

Вопросы:

1. Сравните основность диэтиламина и анилина.

2. Почему при добавлении к эмульсии анилина хлороводородной кислоты образуется прозрачный раствор? Напишите уравнение реакции.

3. Напишите схему взаимодействия диэтиламина с пикриновой кислотой (2,4,6- тринитрофенол).

Зачетные вопросы

1. Как делятся кислоты в зависимости от природы элемента, связанного с протоном?

2. Что такое Ка, рКа? Какая существует зависимость между их величиной и силой кислоты?

3. Дать определении кислоты и основания по теории Бренстеда.

4. От каких факторов зависит сила кислот? Перечислите их.

5. Как зависит кислотность от природы атома в кислотном центре? Как она изменяется в группах, в периодах? Почему?

6. Охарактеризуйте влияние донорных и акцепторных заместителей на силу кислоты и оснований.

7. Как зависит кислотность от природы растворителя?

8. Что такое р- и π-основания? Приведите примеры.

9. Какая величина является количественной характеристикой силы оснований? Физический смысл рК_вн+.

10.Определение кислот и оснований по теории Льюиса.

11.Суть принципа ЖМКО. Охарактеризуйте жесткие и мягкие кислоты и основания.

12.Кислотность жидких систем организма

 

Литература

Основная:

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия М.,1985, Гл.6, с. 112-125.

2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия М.,1991, Гл 4. §4.4., с. 100-116.

3. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под редакцией Покавкиной М, 1985. Тема 1,3, с.42-55.

Дополнительная:

1. Степаненко Б.Н. Курс органической химии. М.1979. Гл. VII, с. 147-182, гл.ХII, с.270-283.

2. Терней А. Современная органическая химия. М.,1981,Т.1 § 10.5. с.406-408. Т.2, § 23.2., с.285-287.

3. Дж.Робертс, М.Касерио. Основы органической химии. М., 1978,Т. 1 гл.13, § 13-5, с. 419-426.

Хронометраж 3-х часового занятия:

1. Организационный момент – 2 мин;

2. Опрос – 40 мин;

3. Изложение нового материала и пояснения к выполнению работы – 60 мин;

4. Выполнение и оформление работы – 30 мин;

 

5. Проверка работ и задание на дом – 3 мин.

Занятие № 12

Тема: Гетерофункциональные алифатические соединения, участвующие в процессах метаболизма

Время: 3 часа

Цель темы. Сформировать знания о пространственном строении и специфических химических свойствах алифатических гетерофункциональных соединений как основу для последующего изучения и понимания метаболических превращений их в организме. На базе теоретических знаний сформировать умения и навыки в решении задач по оптической изомерии молекул и ее медико-биологическим приложениям, в предсказании стереоизомеров и их реакционной способности, в идентификации различных функциональных групп.

Исходный уровень.

1. Электронные эффекты заместителей

2. Кислотность и основность органических молекул.

3. СН-кислоты

4. Нуклеофильные реакции карбонильных соединений.

5. Реакции нуклеофильного замещения и элиминирования у насыщенного атома углерода

 

Студент должен знать:

1. Классификацию гетерофункциональных соединений.

2. Строение и свойства биологически важных классов поли- и гетерофункциональных соединений.

3. Специфические реакции поли- и гетерофункциональных соединений.

4. Гетерофункциональные производные бензола, используемые в качестве лекарственных средств.

 

Студент должен уметь:

1. Доказывать амфотерные свойства α-аминокислот.

2. Подтверждать уравнениями реакций наличие двух карбоксильных и двух спиртовых групп в винной кислоте.

3. Писать схему кетонного разложения ацетоуксусного эфира.

 

Теоретическая часть

В живом организме протекает множество катализируемых ферментами химических реакций. Совокупность этих реакций называется обменом веществ или метаболизмом.

Подавляющее большинство веществ, участвующих в метаболизме принадлежит к поли или гетерофукциональным соединениям.

Функциональные группы, наиболее часто встречающиеся у соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности:

 

- ОН Гидроксильная группа

 

- NН₂ Аминогруппа

С= С Двойная связь

^О

С Альдегидная группа

Н

С=О Кетогруппа

 

-СООН Карбоксильная группа

-S O₃ H Сульфогруппа

-S H Тиольная группа

 

Полифункциональные соединения содержат несколько одинаковых функциональных групп. Из них наиболее широко представлены в природных объектах соединения с -ОН- группами – многоатомные спирты и многоатомные фенолы.

Гетерофункциональные соединения содержат несколько разных функциональных групп. Из соединений с двумя функциональными группами в природных объектах широко представлены аминоспирты, гидроксикислоты, аминокислоты, оксокислоты, ненасыщенные кислоты.

В ароматическом ряду основу важных природных биологически активных соединений и синтетических лекарственных средств составляют: n – Аминофенол, n- Аминобензойная кислота, салициловая кислота, сульфаниловая кислота.

Наиболее распространенные сочетания двух функциональных групп в биологически важных алифатических соединениях:

 

Тип соединения	Функциональные группы
Ненасыщенные кислоты   Аминоспирты   Гидроксикислоты   Аминокислоты   Оксокислоты	С=С -СООН -ОН -NН2   -ОН -СООН   -NН2 -СООН   С=О -СООН

 

Химические свойства поли- и гетерофункциональных соединений в значительной степени определяются свойствами соответствующих монофункциональных производных. Поэтому наблюдается определенное сходство в поведении обоих классов соединений: поли-и гетерофункциональные соединения проявляют свойства, присущие монофункциональным соединениям, т.е. способность вступать в реакции по каждой функциональной группе.

Однако одновременное наличие нескольких функциональных групп в молекуле ведет к появлению определенных различий в свойствах моно-, поли- и гетерофункциональных соединений. Во первых, в поли- и гетерофункциональных соединениях может наблюдаться усиление или, наоборот, ослабление каких-то свойств, характерных для монофункциональных соединений. Во-вторых, в поли- и гетерофункциональных соединениях могут появляться специфические химические свойства, которые наиболее важны для обеспечения биологических функций, выполняемых этими веществами.

Кислотность. Накопление кислотных групп увеличивает кислотные свойства соединений.

Сравним:

 

СН₃ – СН₂ - ОН НОСН₂ –СН₂ –ОН

Этанол Этиленгликоль

 

Этиленгликоль проявляет более сильные кислотные свойства, чем этанол, что связано с –I эффектом группы СН ₂ОН

 

Основность. Накопление основных аминогрупп в молекуле повышает основные свойства соединений.

 

 

Сравним:

О ацетамид, проявляет нейтральный характер и не реагирует с

СН₃ -- С разбавленными минеральными кислотами

NH₂

А мочевина (2-NН₂ группы) образует с ними достаточно устойчивые соли:

 

НСI,Н₂О + -

Н ₂N-С-NН₂ Н₂ N-С-NН₂ СI

 

О ОН

Мочевина Гидрохлорид

мочевины.

 

Амфотерность. Гетерофункциональные соединения, содержащие одновременно кислотные и основные функциональные группы проявляют амфотерные свойства.

Например: амфотерность а-аминокислот обусловлена наличием в молекуле функциональных групп кислотного (СООН) и основного (NH₂) характера. Поэтому они образуют соли как со щелочами, так и с кислотами.

 

Кето-енольная таутомерия

Таутомерия (динамическая изомерия) –это подвижное равновесие между взаимопревращающимися структурными изомерами.

Таутомеры существуют совместно в одном и том же образце вещества и постоянно переходят друг в друга. Чаще всего встречается прототропная таутомерия, которая состоит во взаимопревращении таутомеров с переносом протона. Ацетоуксусному эфиру присуща кето-енольная таутомерия-одна из разновидностей прототропной таутомерии. В равновесной смеси при температуре 25⁰ С содержится 92,5% кетонной и 7,5% енольной форм.