Какое название соединения соответствует номенклатуре июпак.

а) 1-карбокси-1-амино-2-метилпропан б) 1-амино-1-карбокси-2-метилпропан в) 2-метил-3-аминобутановая кислота г) 2-амино-3-метилбутановая кислота д) 2-амино-3-метилмасляная кислота

7. Выберите тип гибридизации орбиталей атомов углерода в бутане:

а) только sр²                                б) только sр³

в) присутствуют sр² и   sр³        г) иной тип гибридизации

д) нет верного ответа

8. Выберите тип гибридизации орбиталей атомов углерода в пропене:

а) только sр²                    б) только sр³

в) sр² и sр³                      г) иной тип гибридизации

д) нет верного ответа

9. Выберите тип гибридизации орбиталей атомов углерода в бензоле:

а) только sр²                    б) только sр³

в) sр² и  sр ³                       г) иной тип гибридизации

д) нет верного ответа

10. Тригональному строению атома углерода соответствует следующий тип гибридизации орбиталей и валентные углы связей:

а) sр², 120^о          б) sр³, 109^о          в) sр², 180^о

г) sр³, 120^о           д) sр², 109^о

11. Валентный угол, образованный связями атома углерода, равен 109^о, он соответствует гибридизации атомных орбиталей и их пространственному расположению:

а) sр³, тетрагональное              б) sр², тригональное

в) sр², диагональное                 г) sр³,  тригональное

д) sр², тетрагональное

 

Ответы к теме I

1а;  2г;  3г;  4а;  5б;  6г;  7б;  8в;  9а;  10а;  11а.

ТЕМА II. Сопряженные системы. Виды                сопряжения. Ароматичность. Правило          Хюккеля

 

Атомы углерода при sp²-гибридном состоянии своих орбиталей образуют двойные связи, состоящие из сочетания σ- и π-связей. π-связи образованы сочетанием атомных р-орбиталей, у которых оси симметрии перпендикулярны линии σ-связи между атомами углерода, образующими эти π-связи. Эта особенность π-связей приводит к значительному перекрыванию электронных облаков по обе стороны линии центров, в то время как на самой линии π-электронная плотность равна нулю. Перекрытие р-орбиталей, относящихся к разным атомам, часто создает условия для образования общего электронного облака, охватывающего несколько ядер. Это явление особенно важно для тех молекул, которые выполняют биологические функции. Сопряженные и ароматические молекулы широко представлены среди биооорганических соединений.

 

По теме занятиястудент должен:

Знать:

-  электронное и пространственное строение π-связей, условия образования сопряженных и ароматических систем, виды сопряжения (π-π, π-р), структурные формулы и тривиальные названия важнейших природных сопряженных и ароматических соединений (формы витамина А (ретинол, ретиналь), бензол, нафталин, антрацен, фенантрен; гетероциклы: пиррол, тиофен, фуран, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин, индол и их производных);

-  критерии ароматичности и правило Хюккеля;

-  биологическое значение выше перечисленных важнейших природных сопряженных и ароматических соединений, их производные – витамины и метаболиты;

уметь:

-  определять принадлежность соединения к сопряженным и ароматическим системам, записывать структурные формулы органических соединений, входящих в состав природных метаболитов и лекарственных препаратов;

-  сравнивать между собой сопряженные и ароматические соединений по устойчивости и активности в химических реакциях;

Владеть:

-  знанием определений, свойств и биологического значения сопряженных и ароматическим соединений.

 

Вопросы для подготовки

1. Какие системы называются сопряженными? Классификация сопряженных соединений (ациклические, циклические).

2. Какие особые признаки строения позволяют отнести биоорганические соединения к сопряженным системам?

3. Дайте определение понятию «энергия сопряжения» («энергия делокализации»).

4. Виды сопряжения в биоорганических молекулах (π,π-, р,π-сопряжение).

5. Ациклические сопряженные системы: бута-1,3-диен; 2-метилбута-1,3-диен (изопрен); пропеновая, бут-2-еновая, бутендиовая кислоты.

6. Циклические сопряженные системы (карбоциклические и гетероциклические). Какие соединения называются ароматическими? Каковы критерии ароматичности? Правило Хюккеля. 

7. Карбоциклические соединения: бензол, нафталин, антрацен, фенантрен.

8. Гетероциклические соединения: пятичленные – фуран, тиофен, пиррол, имидазол, шестичленные – пиридин, пиримидин, конденсированные – индол, пурин.

9. Нумерация атомов в пиридине, пиримидине, пурине.

10. Механизм образования ароматической системы в пятичленных и шестичленных гетероциклах. Отличие основных свойств «пиррольного и пиридинового» атомов азота. Понятия: π-избыточные (пятичленные), π-недостаточные (шестичленные) гетероароматические соединения.

 

Задачи и упражнения

1. Запишите структурные формулы ациклических (линейных) сопряженных соединений, для которых характерно π-π-сопряжение: бутадиен, изопрен, кислоты пировиноградная, щавелевоуксусная, 2-бутеновая.

2. Запишите структурные формулы ациклических (линейных) сопряженных соединений, для которых характерно р -π-сопряжение: хлорэтен, дивиниламин, дивиниловый эфир, этенол. Объясните участие атомов азота, кислорода, галогена в образовании сопряженной системы.

3. Выберите соединения с сопряженными системами и укажите тип сопряжения:

а) СН₃-СН=СН-СН=СН₂   б) СН₂=СН-СН₂-СН₂-СН=СН₂

в) Н₂С=СН-ОН                  г) СН₃-NH-СН=СН₂

д) Н₃С-СН=СН-СООН                 е) Н₂С=СН-СН₂-СООН

ж) СН₂=СН—СН=СН₂                  з) СН₂=СН—СН₂—СН=СН₂

и) СН₂=СН—NH—СН=СН₂ к) СН₂=СН—O—СН=СН₂

4. Сравните структурные формулы витамина А в двух его формах: ретинола и ретиналя, определите длину цепи сопряжения. Сделайте вывод о том, какое из двух соединений является термодинамически более устойчивым.

Витамин А (ретинол)

Витамин А (ретиналь)

5. Используя правило Хюккеля докажите, что бензол, нафталин, антрацен и фенантрен являются ароматическими соединениями. Укажите тип сопряжения в молекулах.

6. Объясните строение гетероциклических азотсодержащих соединений: пиридина, пиримидина, пиррола. Какой тип сопряжения для них характерен? Ароматичны ли эти соединения? Укажите отличительные особенности в строении и химическом поведении пиридинового атома азота и пиррольного атома азота?  

7. Гибридизация электронных орбиталей атома азота при образовании  пяти- и шестичленных гетероароматических соединений.

8. Докажите, используя правило Хюккеля, что тиофен, пиррол, фуран являются ароматическими соединениями. Укажите тип сопряжения в этих соединениях.

9. Расположите каждые три соединения в порядке увеличения ароматических свойств:

а) тиофен, бензол, фуран

б) бензол, пиридин, пиримидин

в) фуран, тиофен, пиррол

г) пиридин, пиррол, бензол

10. Распределите вышеприведенные соединения из задания 9 на две группы:         

а) π-недостаточные                           б) π-избыточные

11. Запишите структурные формулы биологически активных соединений: имидазол, пурин, индол. Приведите нумерацию атомов; определите, какие атомы азота имеют, а какие не имеют заметные основные свойства. Объясните возникшие различия в участии атома азота при образовании пяти- и шестичленных гетероароматических систем.

 

Тесты